Marlin i Coral són dos peixos que estan il·lusionats en la seva nova casa i en que molt aviat naixeran els seus fills que ara encara són ous. De sobte, mentre juguen, apareix un tauró i es menja la Coral i gairebé tots els ous. Només en queda un. De l’únic ou neix en Nemo, un peix que té una disminució en la seva aleta dreta. L’aleta de la sort, li diu el seu pare per animar-lo. Marlin protegeix Nemo en excés. És l’únic que li queda al món i el sobreprotegeix impedint que el petit peix assumeixi les seves responsabilitats. Així, el primer dia d’escola, el vigila estretament, fins i tot a classe. Nemo s’avergonyeix i fa una imprudència: nedar a mar obert en direcció a una barca. Un submarinista el captura i se l’emporta. A partir d’aquí començarà tota una cursa de Marlin per retrobar Nemo; aquest, per cert, acabarà a la peixera d’un dentista de Sidney. Marlin viurà mil i una aventures. Es posarà en perill, però també trobarà l’amistat, per exemple de la Dory, que ja sempre l’acompanyarà; d’una balena blava o d’un grup de simpàtiques tortugues.
Nemo trobarà a la peixera un grup de pintorescos habitants del mar que pateixen captivitat i que faran tot el possible per aconseguir la llibertat. A la peixerà arribaran notícies de que Marlin ha creuat l’oceà a la recerca del seu fill i que és a prop. Gràcies a l’ajut de la comunitat de la peixera i del pelicà Nigel, pare i fill es retroben. De retorn a casa, encara ajudaran un banc de peixos blaus que ha estat capturat per les xarxes d’uns pescadors.