В центре сюжета - небольшой островной Центр морской биологии под руководством доктора Тарелла, где ученые занимаются изучением дельфинов-афалин в поисках способов общения с этими умными млекопитающими. Один из дельфинов по имени Альфа не только научился понимать своего исследователя, но и повторять за ним простые слова, что стало значительным прорывом в научной работе.
Однако прогресс в исследованиях привлек внимание спонсоров Тарелла, которые увидели в достижениях ученого возможность использования их в военных целях. С помощью одного из сотрудников лаборатории Дэйвида они похитили Альфу и его подругу Бету для проведения экспериментов, направленных на обучение дельфинов взрывать корабли.
После подтверждения способности животных к выполнению опасных задач, спонсоры решили избавиться от них, чтобы скрыть следы своих действий. Однако дельфины, проявив неожиданную хитрость и самостоятельность, смогли подорвать судно, на котором их перевозили, и вернулись к своим друзьям на остров.
Доктор Тарелл осознал, что его мирный Центр теперь будет закрыт из-за военного вмешательства в исследования. В знак протеста против использования животных в военных целях он принимает решение выпустить всех дельфинов в открытый океан, предоставляя им свободу.
Фильм "День дельфина" является экранизацией научно-фантастического романа Робера Мерля "Разумное животное" и поднимает вопросы этики научных исследований и взаимоотношений человека с природой.
