In deze hartverwarmende animatiefilm trekt de overbezorgde clownvis Marlin de wijde oceaan in om zijn ontvoerde zoontje, Nemo, te redden. Tijdens deze heldhaftige zoektocht wordt hij geholpen door de lieve, maar vergeetachtige blauwe vis Dory.
Nemo woont met zijn vader Marlin in het Great Barrier Reef bij Australië. Sinds zijn moeder Coral bij een barracuda-aanval om het leven kwam, is zijn vader extra beschermend. Wanneer Nemo tijdens zijn eerste zwemdag te ver wegzwemt, wordt hij onverwachts gevangen door duikers en belandt hij in het aquarium van een tandarts in Sydney. Tijdens hun zoektocht om Nemo te redden, trotseren Marlin en Dory gevaarlijke haaien en kwallen, en ontmoeten relaxte zeeschilpadden op de oceaanstroming. Ondetussen probeert Nemo samen met een groep aquariumvissen – de Tank Gang – te ontsnappen.