12살 소년 제시는 어머니로부터 버림받은 후 거리에서 좀도둑질을 하며 경찰서를 전전하며 살아간다. 어느날 제시는 마을에 있는 수족관에 들어가 친구와 벽에 낙서한 것이 발각되어 두달 동안 수족관 청소라는 벌을 받게 된다. 그런데 제시는 이 수족관 최고의 스타이자 신비에 싸인 돌고래 윌리에게 흥미를 느끼는데 7백파운드가 넘는 돌고래 윌리는 어떤 조련사 말도 듣지 않고 돌고래쇼에 나가 재주부리는 것도 거부하는 골치덩이이다. 제시가 윌리와 의사소통하는 방법을 배우고 윌리에게서 믿음과 우정을 얻게 되면서 윌리는 지느러미를 치고 구르고 다이빙을 하고 도약을 하는 등의 행동으로 답하면서 둘은 상호 신뢰와 애정을 쌓아간다. 그러나 다이얼과 웨이드가 윌리에 대해 무서운 계획을 꾸미고 있음을 발견한 제시는 자신이 소년원에 가게 될지도 모르지만 모든 것을 걸고 윌리를 풀어줄 계획을 세운다.