Dans les eaux tropicales de la Grande Barrière de Corail, un poisson-clown du nom de Marlin mène une existence paisible avec son fils unique, Nemo. Redoutant l'océan et ses risques imprévisibles, il fait de son mieux pour protéger son fils. Comme tous les petits poissons de son âge, celui-ci rêve pourtant d'explorer les mystérieux récifs.

Lorsque Nemo disparaît, Marlin devient malgré lui le héros d'une quête unique et palpitante. Le pauvre papa ignore que son rejeton à écailles a été emmené jusque dans l'aquarium d'un dentiste. Marlin ne s'engagera pas seul dans l'aventure : la jolie Dory, un poisson-chirurgien bleu à la mémoire défaillante et au grand coeur, va se révéler une aide précieuse. Les deux poissons vont affronter d'innombrables dangers, mais l'optimisme de Dory va pousser Marlin à surmonter toutes ses peurs. Malgré les oiseaux marins toujours à l'affût, les égouts remplis de menaces et même l'Homme, la séparation ne sera pas éternelle. Le Marlin autrefois si craintif deviendra un véritable héros aux yeux de son fils comme de tout l'océan !