O passado reserva tristes memórias para Marlin nos recifes de coral, onde perdeu sua esposa e toda a ninhada. Agora, ele cria seu único filho Nemo com todo o cuidado do mundo, mas o pequeno e simpático peixe-palhaço acaba exagerando durante uma simples discussão e acaba sendo capturado por um mergulhador. Agora, o pai super protetor precisa entrar em ação e parte numa busca incansável pelo mar aberto, na esperança de encontrar seu amado filhote.
No meio do caminho, ele acaba conhecendo Dory e, juntos, a dupla vai viver uma incrível aventura. Enquanto isso, Nemo também vive uma intensa experiência ao lado de seus novos amigos habitantes de um aquário, pois eles precisam ajudá-lo a escapar do destino que lhe foi reservado: ir parar nas mãos da terrível Darla, sobrinha do dentista que o capturou.