On Such a Full Sea suit les aventures de Fan, une jeune femme souvent prise pour un enfant. Elle quitte les limites de sa maison protégée à B-Mor, une région officiellement connue sous le nom de Baltimore, dans l’espoir de retrouver son petit ami et père de son enfant à naître, Reg, qui se trouve être exempt de tout marqueur génétique de la maladie C. .
Il s’agit d’une période de temps indéterminée dans le futur et la vie est très différente. Le monde est divisé en trois classes différentes : B-Mor, Charters et Counties. Fan se fraye un chemin à travers ces différents domaines avec l’aide des personnes qu’elle rencontre en cours de route. Lorsque Fan se blesse à la jambe, elle est prise en charge par un ancien vétérinaire nommé Quig. Fan se méfie des gens qu’elle rencontre chez Quig, mais se lie d’amitié avec un jeune garçon nommé Sewey. Sewey est malade et a besoin de médicaments. Loreen, la mère de Quig et Sewey, emmène Fan dans l’un des Charters pour obtenir des médicaments pour Sewey, même si elle ne sait pas où ils vont ni pourquoi.
Quig se lie d’amitié avec Fan tout en lui apprenant à conduire. Quig raconte à Fan comment sa femme et sa fille ont été tuées avant de fonder la colonie où il vit. Ils ont un accident de voiture dans le comté et une famille du comté les aide et leur offre de la nourriture et un abri pour la nuit. Lorsque la famille du comté décide qu’elle veut que Fan reste avec eux, la drogue et ligote Quig et Loreen. Fan les sauve et ils se dépêchent de quitter le comté.
Lorsqu’ils atteignent la Charte, Fan rencontre Monsieur Leo et Miss Cathy, un couple aisé qui négocie avec Quig pour les médicaments nécessaires. Une partie de l’échange implique qu’ils donnent Fan au couple, vraisemblablement en tant que serviteur. Lors de sa première nuit dans la maison, Monsieur Leo viole Fan et Miss Cathy l’attrape, le frappant à la tête et lui laissant des lésions cérébrales. Miss Cathy garde Fan à la maison et l’inclut dans le groupe de filles qu’elle garde dans ses appartements.
Les filles aident Fan à s’échapper, même si leur santé est gravement menacée. Deux des filles contractent volontairement le botulisme afin de provoquer une scène dans laquelle Fan peut partir. Fan part avec Vik, le médecin qui vient soigner les filles. Vik permet à Fan de rester avec lui. Il l’emmène à une pendaison de crémaillère et est présenté à Oliver et Betty. Vik a une liaison avec Betty et Oliver est l’un de ses plus vieux amis. Vik et Betty se disputent et Vik finit par laisser Fan avec Betty et Oliver. Oliver révèle qu’il est le frère aîné de Fan à qui on a proposé une place dans une Charte après avoir testé B-Mor.
Oliver est un chercheur médical très talentueux qui a développé un médicament prometteur pour guérir la maladie C. Fan lui parle du statut C-free de Reg. Oliver localise vraisemblablement Reg, qui est sous la garde d’une société pharmaceutique. Lorsqu’Oliver découvre que Fan est enceinte de l’enfant de Reg, il en profite et accepte de vendre Fan à la société pharmaceutique. Betty découvre le plan et fait en sorte que Fan s’échappe avec l’aide de Vik.