Un pez payaso llamado Marlín vive en la Gran Barrera de Coral y pierde a su hijo, Nemo, tras aventurarse en mar abierto, a pesar de las constantes advertencias de su padre sobre los peligros del océano. Nemo es secuestrado por un barco, capturado con una red y enviado a la consulta de un dentista en Sídney. Mientras Marlín se aventura a recuperar a Nemo, conoce a un pez llamado Dory, un cirujano azul que sufre de pérdida de memoria a corto plazo. Los compañeros recorren una gran distancia, encontrando diversas criaturas marinas peligrosas como tiburones, rapes y medusas, para rescatar a Nemo de la consulta del dentista, situada junto al puerto de Sídney. Mientras ambos exploran el océano a lo largo y ancho, Nemo y los demás animales marinos en la pecera del dentista planean una forma de regresar al mar para vivir libres de nuevo.