Havfruemysteriet er et helt nyt eventyr med Barbie, hendes venner og familie. Det, der til en start er et sommerjob på i en vandpark i Malibu, bliver til et undervandsmysterium, hvor Barbie og hendes venner genforener en bortkommen hvalunge med dens familie. Imens opklarer familien Roberts deres eget havfruemysterium i Costa Rica, som til sidst fører dem alle sammen.