Bir Avuç Deniz, Deniz isimli bir kızın; Deniz’e aşık Mert’in; Mert’e aşık Deniz ve Dilek’in; belki de hepsinden önemlisi, oğlu Mert’e aşık Rana Hanım’ın hikayesi. Uzun yıllar Amerika’da okuyan ve çalışan Mert (Engin Altan Düzyatan), şirketin Türkiye yöneticisi olmak üzere İstanbul’a döner. Burada arkadaşı Bora (Tuğrul Tülek) ve Bora’nın eşi Aylin (Ahu Yağtu) ile birlikte bir tekne turuna çıkar. Geziye Göcek’te, Mert’in kız arkadaşı Dilek (Zeynep Özder) katılır. Grup keyifli bir tatil geçirirken bir gün teknelerine İstanbul’un en varlıklı ailelerinden birinin kızı olan Deniz (Berrak Tüzünataç) gelir.Deniz’in alaycı ve pervasız havası Mert’i etkiler. O güne dek hep yapması gerekeni yapan, ailesinin çizdiği rotada giden Mert, kendini sorgulamaya başlar. Bir avuç denizin gerçekten de bir deniz olup olmadığını öğrenmek için, önünde uzun bir yolculuk vardır.

Haziran ayının sakin ve güzel akşamında, aile yemeğine hazırlanan huzurlu insanlar... Fakat evlerinin bulunduğu ormanı kimlerle paylaştıklarından habersizler. Ormanın derinliklerinde saklı ve yasa dışı bir klinikten kaçmış deney kobayları kol geziyor. Zira onların doğaları değiştirilmiş.

Onur'un hayatı kürek takımından arkadaşı Vedat'ın doğumgünü partisinde Zeynep'le tanışmasıyla değişir. Kalabalık ve gürültülü bir barda hiç konuşmadan geçen gecenin sonunda Zeynep, Onur'un işitme engelli olduğunu öğrenir. Ama bu durum Zeynep'i Onur'dan uzaklaştırmaz. İşiyle, ailesiyle sorunlar yaşayan Zeynep, yaşadığı çevreyi sorgularken birazda bilmediği bir dünyanın meraklıyla unuttuğu ceketini bahane ederek Onur'u görmeye gider.