AFTERSUN erzählt eine besondere Vater-Tochter-Beziehung: Die elfjährige Sophie (Frankie Corio) und ihr Vater Calum (Paul Mescal) machen Ende der 1990er Jahre Urlaub in einem türkischen Badeort. Es ist eine fast unbeschwerte Zeit: Sie gehen schwimmen, spielen Billard und genießen das Zusammensein.

Sie sind unzertrennlich, zwischen ihnen besteht ein liebevoll-neckisches Band wie bei Geschwistern. Jeden ihrer Schritte und Ausflüge filmt Sophie auf ihrem neuen Camcorder. Sie hat das Gefühl, dass alles möglich ist, wenn Calum da ist. Wenn sie für sich ist, findet sie Freunde und macht neue Erfahrungen. Wenn Calum mit Sophie zusammen ist, ist er die beste Version seiner selbst. Doch unmerklich schleichen sich Melancholie und Geheimnisse in sein Verhalten ein. Zwanzig Jahre später bekommen die unbeschwerten Urlaubserinnerungen im Rückblick eine neue Bedeutung.