Le film nous propose les tribulations de deux poissons, Marlin et son fils Nemo, séparés par le destin mais déterminés à se retrouver. Aidé de la sympathique Dory, le très prudent Marlin part à la rescousse de Nemo qui a atterri dans l'aquarium d'un dentiste dont le bureau surplombe le port de Sydney. Pendant que Marlin joue l'improbable héros, Nemo multiplie les plans pour retrouver la liberté et son père.