نهنگ گمشده درباره ریو پسر بچهای یازده ساله است که در لندن با مادرش زندگی می کند. او با وجود سن کم مسئولیتهای زیادی در زندگی داشته است. مادرش بیماری افسردگی دارد و ریو تمام تلاشش را میکند تا مراقب او باشد. هنگامی که مادرش برای درمان در بیمارستان بستری میشود، او به یک شهر ساحلی کوچک در کالیفرنیا فرستاده میشود تا با مادربزرگش زندگی کند. ریو قرار است که تنها چهار هفته در این شهر باشد. این شهر کوچک یک نقطه توریستی برای تماشای نهنگها است و توریستها از سراسر دنیا به آنجا میآیند تا در فصل مهاجرت نهنگها آنها را از نزدیک ببینند. ریو مادربزرگش را تنها یک بار در کودکی دیده و علاقهای به برقراری ارتباط با او ندارد. یک روز مادربزرگ جعبهای به او می دهد که متعلق به مادرش بوده و وقتی ریو به اشیای داخل جعبه نگاه میکند، دفتری با طرح های بسیار زیادی از یک نهنگ پیدا میکند. این موضوع او را بهسمت دریا و ملاقاتی تصادفی با مارینا، دختری هم سن و سال خود که با پدرش روی قایق زندگی میکند، هدایت میکند. ریو احساس میکند اگر این نهنگ را پیدا کند به بهبودی مادرش کمک میکند. او بهزودی متوجه میشود که به نهنگها علاقه دارد و میتواند صدای آنها را بشنود؛ توانایی که دیگر انسانها از آن بیبهرهاند