在美丽的大堡礁海域，小丑鱼马林和儿子尼莫平静地生活着。尼莫上学时，不听父亲劝告游向海面，被潜水员抓走并带到了悉尼的一家牙医诊所鱼缸里。心急如焚的马林踏上了寻找尼莫的惊险之旅。途中，他结识了健忘的蓝唐王鱼多莉，两人一起历经重重困难，遭遇过鲨鱼的威胁、水母群的围攻等。而在牙医诊所里，尼莫也没闲着，他和鱼缸里的伙伴们计划着逃出去。最终，马林在多莉的帮助下找到了尼莫，尼莫也成功从鱼缸回到大海，父子俩在经历这场生死离别后，感情更加深厚，也一起回到了美丽的大堡礁继续生活。