Dans les eaux tropicales de la Grande Barrière de corail, Marin, un poisson-clown veuf, élève seul son fils unique, Nemo. Redoutant l'océan et ses imprévisibles dangers, il fait de son mieux pour protéger son petit, dont l'une des nageoires est atrophiée. Mais comme tous les poissons de son âge, Nemo rêve d'explorer les mystérieux récifs, de faire des découvertes et de jouer avec des poissons de son âge au lieu de passer tout son temps dans l'anémone de mer familiale. Un jour, lors d'une sortie scolaire, Nemo disparaît, pêché par un aquariophile. Marin va tout faire pour retrouver sa progéniture, accueillie dans l'aquarium d'un dentiste. En chemin, il rencontre la jolie Dory, un poisson chirurgien bleu à la mémoire défaillante, qui va l'aider à affronter d'innombrables dangers.