Dans un futur proche, les poissons ont mystérieusement cessé de se reproduire, et Miranda, la toute dernière baleine vivante au monde, fait chaque jour la une des journaux à mesure que sa fin semble approcher. Daniel, biologiste obstiné à la petite ville de Bellerose, tente désespérément de comprendre ce phénomène tout en étant lui-même hanté par le désir d'avoir un enfant. Le problème, c'est qu'il n'existe dans sa ville que trois femmes en âge de procréer, réduisant à une chance sur plus de six mille la probabilité qu'il rencontre un jour la mère de ses futurs enfants. Mais un soir, en sauvant de la noyade un étrange poisson doté de pattes, Daniel va contre toute attente réapprendre à tomber amoureux.
Olivier Babinet a commencé à travailler sur Poissonsexe dès 2013, bien avant la sortie de son documentaire Swagger, porté par l'envie d'écrire une comédie romantique à la fois tendre et légèrement décalée, dans la lignée de films comme Punch-Drunk Love ou Moi, toi et tous les autres qu'il admirait particulièrement. L'idée d'ancrer le récit autour de la disparition des poissons lui est venue de son expérience sur la série Le Bidule, coécrite pour Canal+, qui abordait déjà des sujets graves et réalistes avec un ton résolument loufoque. Le réalisateur s'est également appuyé sur les travaux bien réels d'un ami physicien, Georges Debrégeas, directeur de recherches au CNRS, qui étudiait justement à cette période l'activité cérébrale des poissons-zèbres, permettant à Babinet de nourrir son scénario d'éléments scientifiques crédibles. Le cinéaste a confié avoir directement puisé dans ses propres angoisses personnelles autour du désir d'avoir un troisième enfant dans un monde en pleine crise écologique pour construire le personnage de Daniel.
La critique française s'est montrée partagée face à cette proposition atypique, une partie de la presse saluant l'originalité totale du film dans le paysage de la comédie française contemporaine, quand d'autres ont reproché à Olivier Babinet une mise en scène jugée trop léthargique et plate pour véritablement porter le propos écologique et sentimental du récit. Plusieurs observateurs ont néanmoins salué la tonalité singulière du film, à mi-chemin entre fable dystopique et mélodrame romantique feutré. Le public s'est montré globalement séduit par cette proposition hors norme, plusieurs spectateurs qualifiant le film d'ovni poétique et rafraîchissant dans le paysage du cinéma français, saluant en particulier la alchimie inattendue entre Gustave Kervern et India Hair. D'autres ont toutefois trouvé le rythme du film trop lent, jugeant que sa mélancolie assumée pouvait par moments confiner à l'ennui.
Olivier Babinet a échangé tout au long de l'écriture du scénario avec un ami physicien, Georges Debrégeas, directeur de recherches au CNRS, qui travaillait au même moment sur l'activité cérébrale des poissons-zèbres, une coïncidence qui a permis d'ancrer le film dans une réalité scientifique documentée. Le réalisateur a découvert l'actrice India Hair dans un moyen métrage d'hommage à François Truffaut réalisé par Axelle Ropert, où dix comédiens rejouaient une même scène de rencontre amoureuse : cette découverte a été, selon ses propres mots, la pierre angulaire de tout le casting du film.
Poissonsexe explore l'angoisse de la paternité dans un monde rongé par la crise écologique, à travers le parallèle établi entre la disparition des poissons et les difficultés de reproduction rencontrées par l'espèce humaine elle-même. Le film aborde aussi la solitude contemporaine et la difficulté à retisser du lien affectif dans un monde qui semble s'effondrer lentement, l'amour naissant entre Daniel et Lucie fonctionnant comme un antidote fragile à cette angoisse collective.
Le titre Poissonsexe fusionne directement les deux obsessions centrales du film : la disparition de la sexualité chez les poissons que Daniel tente d'endiguer scientifiquement, et sa propre quête personnelle et intime pour retrouver le désir et l'amour.
Punch-Drunk Love, Moi, toi et tous les autres, La Forme de l'eau