La série raconte l'histoire de trois adolescentes australiennes, aux personnalités très différentes, qui se transforment en sirènes dix secondes après être entrées en contact avec l'eau.Emma Gilbert, Cleo Sertori et Rikki Chadwick sont trois amies de seize ans qui s'épanouissent et grandissent sur les plages baignées de soleil de la Gold Coast. Emma est une jeune fille responsable, toujours honnête et respectueuse. Championne de natation, sa transformation va la contraindre à cesser cette activité. Cleo est naïve et enjouée, mais elle peut également se révéler légèrement angoissée et peureuse. Néanmoins, elle est toujours loyale envers ses amis. Des trois filles, c'est elle qui aura le plus de difficultés à accepter son nouveau statut de sirène. Quant à Rikki, c'est une adolescente blessée par la vie. Elle est franche et directe, mais se montre aussi courageuse pour ses amis.
Un jour, les trois adolescentes se retrouvent piégées en mer aux alentours de la mystérieuse île de Mako. Après avoir abordé l'île, elles s'aventurent dans une forêt peu rassurante et, après une chute inattendue, se retrouvent prises au piège dans une grotte située à l'intérieur d'un cratère volcanique. La seule issue semble être un bassin d'eau sous-marin. Alors qu'elles se décident à entrer dans l'eau, le clair de lune envahit le bassin à travers la cheminée du volcan, provoquant une réaction effervescente de l'eau.
Une fois de retour dans leurs foyers respectifs, tout semble normal. Pourtant, chacune à leur tour, Cleo, Rikki et Emma vont découvrir qu'au contact de l'eau, elles se transforment en sirènes dotées de queues de poisson orangées ! Passé leur étonnement, et après quelques expérimentations, les trois adolescentes vont également apprendre qu'elles possèdent des pouvoirs surnaturels : Emma peut transformer l'eau en glace ; Rikki peut la porter à ébullition et la faire s'évaporer ; Cleo peut la faire mouvoir et lui donner la forme qu'elle veut.
Les trois sirènes décident de garder secret leur nouvel état et leurs pouvoirs, et de continuer à mener leur vie le plus humainement possible. Mais l'eau est un élément quotidien et inévitable. Rapidement, Lewis, un jeune garçon passionné par la science et l'ami d'enfance de Cleo découvre leur mystère. Il décide de les aider, convaincu de pouvoir trouver une explication scientifique raisonnable à leur transformation.Plus tard, les jeunes filles font la connaissance de Louise Chatham, qui se révèle être une ancienne sirène. Elle a été transformée avec ses deux amies Julia et Gracie environ 50 ans avant Emma, Cleo et Rikki. Louise alerte les trois amies sur le pouvoir de la pleine lune ; l'astre peut en effet faire perdre le contrôle de leurs actes aux sirènes, si celles-ci le regarde lui ou son reflet dans l'eau. Bien que parfois étrange, Louise sera d'une grande aide pour les filles.
Dans la troisième saison, Emma part en voyage avec sa famille. De leur côté, Cleo et Rikki rencontrent une autre sirène, Bella Hartley. Celle-ci est sirène depuis l'âge de 9 ans. Son pouvoir est de transformer l'eau en gélatine ou en cristal.
Lors de la soirée d'ouverture du café que Zane a acheté, un tentacule d'eau enlève Rikki. Cleo et Bella le poursuivent jusque sur l'île de Mako et délivrent Rikki. Dans la grotte, elles découvrent un jeune homme, Will Benjamin, inconscient après avoir été lui aussi attaqué par le tentacule d'eau. Ce tentacule et le mystère qui l'entoure constitue l'intrigue de cette dernière saison.
Durant cette troisième saison, Lewis part dans une université aux États-Unis. C'est Will qui, après avoir percé le secret des sirènes, aidera les trois filles.