Le Stellwagen Bank National Marine Sanctuary s'étend sur 2 180 kilomètres carrés de fond marin atlantique entre Cape Cod et Cape Ann, et ses remontées d'eau riches en nutriments soutiennent l'une des concentrations de baleines à bosse les plus denses de l'hémisphère occidental. Le sanctuaire a été désigné en 1992, protégeant non seulement les cétacés, mais aussi les stocks de poissons commerciaux, les épaves de trois siècles de commerce maritime et les routes de sous-marins de la guerre froide qui traversaient autrefois ces canaux. Plymouth se situe au seuil sud de cette zone riche en biodiversité, trente milles marins plus près des zones d'alimentation que Boston, ce qui se traduit par des trajets plus courts et des fenêtres d'observation plus longues. Une croisière d'observation des baleines à Plymouth couvre généralement dix-huit à vingt-quatre milles par trajet, traversant la baie de Cape Cod avant d'atteindre la limite ouest du sanctuaire. Les baleines à bosse, identifiables par leurs nageoires pectorales noueuses et leurs plongées avec caudale, reviennent à Stellwagen chaque printemps pour se nourrir de lançons, de harengs et de krill attirés par les plateaux peu profonds du banc. Les rorquals communs, la deuxième plus grande espèce océanique, patrouillent dans les eaux plus profondes le long des bords du sanctuaire. Les petits rorquals, plus petits et solitaires, font surface de manière imprévisible près des hauts-fonds. Les dauphins à flancs blancs de l'Atlantique surfent souvent sur l'étrave pendant les traversées, et les phoques communs se reposent sur les bouées de navigation marquant les voies maritimes. Les observations varient selon la saison : de juin à septembre, la probabilité d'observer des baleines à bosse actives en surface est la plus élevée, tandis que fin avril et début mai voient arriver les migrants remontant vers le nord, encore amaigris après leur saison de mise bas dans les Caraïbes. Les baleines elles-mêmes sont des individus catalogués. Depuis 1979, le Center for Coastal Studies conserve des archives photographiques de plus de 900 baleines à bosse, identifiées par la pigmentation unique en noir et blanc sur le dessous de leur nageoire caudale. Plusieurs animaux observés depuis les bateaux de Plymouth — Salt, Wizard, Pele — ont été suivis pendant quatre décennies, leurs intervalles de mise bas et leurs routes migratoires étant cartographiés à travers l'Atlantique Nord. Cet ensemble de données longitudinales a éclairé la politique fédérale sur les restrictions de vitesse des navires, les modifications des engins de pêche et les seuils de pollution sonore au sein du sanctuaire. Le front de mer de Plymouth reste largement préservé. Le Town Wharf, un quai municipal reconstruit en 2003, accueille à la fois des bateaux de pêche au homard commerciaux et des navires à passagers. Le point de départ est situé à portée de vue du portique en granit du Plymouth Rock et de la réplique du Mayflower II, mais la croisière d'observation des baleines passe rapidement ces sites coloniaux, privilégiant la traversée en haute mer plutôt que le récit historique du port. Les naturalistes à bord de la plupart des navires fournissent une identification des espèces en temps réel et transmettent les photographies des nageoires caudales au catalogue régional des baleines, faisant de chaque traversée de trois heures une contribution citoyenne à la science. La désignation du sanctuaire interdit toute approche intentionnelle à moins de 90 mètres de tout mammifère marin, les capitaines comptent donc sur la curiosité naturelle des baleines — les baleines à bosse, en particulier les juvéniles, font parfois surface aux côtés des navires stationnaires pour inspecter la coque.