Hlavnými hrdinami filmu sú malá pestrofarebná korálová rybka menom Nemo a jeho prehnane starostlivý otec Marlin. Napriek zákazu svojho otca Nemo hneď prvý deň v škole opúšťa bezpečie korálového útesu a vydáva sa do hlbokej vody, aby kamarátom dokázal svoju odvahu.
Nanešťastie je odchytený športovým potápačom a končí v akváriu v prístavnej zubnej ordinácii v Sydney. Jeho otec sa s pomocou modrej korálovej rybky Dory vydáva na jeho záchranu. Cestou čelia mnohým nebezpečenstvám a stretajú najrozličnejších obyvateľov morských hlbín. Medzitým Nemo spolu s ostatnými obyvateľmi akvária - pračudesnou partiou morských tvorov - pripravuje plán úteku späť do mora ...