Der Film erzählt die Geschichte des kleinen Clownfischs Nemo im pazifischen Ozean nahe Australien, dessen durch den frühen Tod von Nemos Mutter verängstigter, aber liebevoller Vater Marlin ihn so sehr zu schützen versucht, dass er ihn schließlich verliert. Nemo wird gefangen und Vater Marlin bricht in den weiten Ozean auf, um seinen Sohn zu finden. Dabei erlebt Marlin allerlei Abenteuer, die ihn schließlich zu einem mutigen Helden machen. Im Kampf um Nemo wächst er über sich hinaus. Dabei steht ihm eine unter Amnesie leidende Zufalls-Fischbekanntschaft, der Palettendoktorfisch Dorie, zur Seite. Auf der Suche nach Nemo trifft das Duo auf vegetarische Haie, alte Schildkröten, Quallen, vorlaute Möwen, düstere Anglerfische und Krebse.