Käpt'n Barnius, Professor Tintling und der Arzt Peso Pinguin leben gemeinsam mit ihren fünf Teamkollegen in einer Forschungsstation. Von dort aus erkunden sie den Ozean und retten Meeresbewohner, die sich in Gefahr befinden. Die Oktonauten erforschen auch das Verhalten der Tiere. Bei ihren Expeditionen begegnen ihnen viele außergewöhnliche Geschöpfe.
Die Serie basiert auf einer preisgekrönten Buchreihe. Die computeranimierten, bunten Bilder entführen Vorschulkinder in eine Welt, die ihnen ansonsten unzugänglich ist: das Meer. Echte Meeresbiologen, die schon am Spielfilm "Findet Nemo" beteiligt waren, haben an der Serie mitgewirkt.