Die schüchterne Marie und die lebhafte Anne verbringen jede freie Minute zusammen. Anne ist Synchronschwimmerin. Als Marie die Freundin zu einem Wettkampf begleitet, sieht sie jedoch Floriane, die schöne Kapitänin der Starmannschaft des Vereins. Sie ist sofort fasziniert von dem hübschen Mädchen, das allen Jungs den Kopf verdreht und so Eifersucht und Missgunst ihrer Mitschwimmerinnen auf sich zieht.
Marie versucht, so oft wie möglich in Florianes Nähe zu sein. Als hoffe sie, dass von deren Schönheit und Selbstbewusstsein etwas auf sie abfärbe. Die pummelige und ungeschickte Anne lässt sie dafür links liegen. Floriane nutzt Maries uneingeschränkte Bewunderung aus, um kleine Dienste von ihr zu verlangen. Von der Erwiderung der Gefühle, die Marie für sie hegt, kann keine Rede sein. Denn auch wenn es zwischen den beiden Mädchen manchmal zu knistern scheint, enden ihre Unterhaltungen doch meist damit, dass Marie sich anhören muss, wie Floriane ihr erstes Mal mit dem Wasserballspieler François plant. In François ist wiederum Anne verliebt, die mit ihrem Kummer jetzt allein zurechtkommen muss.
Zwischen erstem Verliebtsein, Mädchenfreundschaft und all den anderen Komplikationen auf dem Weg zum Erwachsenwerden müssen sich die drei Mädchen schließlich entscheiden, was und wer ihnen wirklich wichtig ist und wie viel sie bereit sind, für ein bisschen Nähe zu geben.

"Unter Wasser, über Kopf" erzählt aus ausschließlich weiblicher Sicht. Das Milieu, in dem der Film angesiedelt ist, das Synchronschwimmen, ist eine reine Frauendomäne. Die einzige männliche Figur, der Wasserballspieler François, wird als Objekt der Begierde, als Bedrohung oder Konkurrenz lediglich von außen betrachtet. Der Film konzentriert sich ganz auf den abgeschlossenen Kosmos der Jugendlichen; Erwachsene kommen so gut wie gar nicht vor. Wie Regisseurin Céline Sciamma in einem Interview verrät, wollte sie so sicherstellen, dass auch die erwachsenen Zuschauer sich nur mit den drei Mädchen identifizieren. Außerdem sei es verkürzt, wenn man die Irrungen und Wirrungen des Erwachsenwerdens auf eine Rebellion gegen die Eltern reduzieren wolle.
Marie, Anne und Floriane: Alle drei repräsentieren einen ganz eigenen Typ und haben doch mit den universellen Problemen des Erwachsenwerdens zu kämpfen. Dass das nicht in einem weiteren klischeebeladenen Teeniefilm geendet hat, sondern eine nüchtern und doch berührend erzählte Geschichte geworden ist, verdankt der Film dem Talent der erst 29-jährigen Céline Sciamma, die das Drehbuch schrieb und Regie führte. Fein gearbeitete Charaktere, ein gekonntes Hin und Her zwischen realistischen und stilisierten Szenen für Tagträume und Fantasien und ein erfrischend neuer Blick auf ein im Kino gern erzähltes Thema machen den Reiz von "Unter Wasser, über Kopf" aus.
"Unter Wasser, über Kopf" ist der Debütfilm der jungen Drehbuchautorin und Regisseurin Céline Sciamma. Sie studierte Drehbuch an der Pariser Filmhochschule "La fémis" und verfilmte mit "Unter Wasser, über Kopf" das Drehbuch, für das sie ihr Diplom bekam. Auf dem Festival von Cannes lief der Film 2007 in der Kategorie "Un Certain Regard" und wurde im selben Jahr mit dem Prix Louis Delluc für den besten ersten Film ausgezeichnet, 2008 erhielt er eine Nominierung für den César des besten Debütfilms.