日月人鱼讲述了一个发生在路易十四国王与美人鱼之间的奇幻故事。那是一个由国王和王后统治的时代，法国在路易十四的统治下建立了强大的太阳帝国。然而，他唯一能够继承王位的儿子智力存在缺陷，这让路易十四始终为帝国的未来忧虑。后来，他从各方得知，美人鱼拥有能够赋予人永恒生命的力量，于是派出得力干将伊夫斯率领法国海军远赴大海搜捕，最终成功抓获一条美人鱼，并将她带回凡尔赛宫囚禁起来。
与此同时，美丽而天真的玛丽·约瑟夫被人从海边的修道院送入皇宫。她其实是路易十四与最宠爱的情妇所生的私生女。为了偿还一笔战争欠款，路易十四安排她与他人联姻。初入皇室的玛丽对宫廷中的阴谋毫不知情，却意外结识了被囚禁在宫中的美人鱼，两人逐渐成为好友。相处过程中，她还爱上了负责看守美人鱼的军官伊夫斯。
随着玛丽与美人鱼的关系日益深厚，她决定违抗父亲的命令，在可能失去生命与自由的危险处境中，设法救出自己的朋友。
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