Cathy et Dorian suivent leur père Bernard dans son étude des dauphins au large de Cannes. Ils repèrent un groupe de dauphins qui semble parfaitement se faire comprendre des enfants. La nuit suivante, une femelle dauphin se fait enlever par des inconnus qui l'emmènent sur un yacht noir ancré près d'Antibes. En voulant délivrer l'animal, Bernard et ses enfants resteront prisonniers à bord du yacht qui lèvera l'ancre pour filer au large. L'aventure continuera sous la mer, à la rencontre d'êtres vivants dans un vaisseau spatial immergé et qui dominent le monde animal sous-marin. Cathy et Dorian vivront toutes sortes d'aventures sous la Méditerranée avant de parvenir à leur échapper et à regagner la civilisation humaine. Mais la destinée de Cathy sera changée à jamais. De simple petite fille vivant à la surface, elle deviendra Princesse au milieu des dauphins...
