Nemo é un pequeno peixe pallaso, o único fillo que lle quedou a Marlin despois de que unha barracuda atacase a anemone onde vivía e acabase coa súa parella e con case toda a súa prole. A partir deste acontecemento, Marlin encárgase de coidar o seu fillo de forma esaxeradamente protectora, o que dá lugar a que Nemo se rebele e emprenda unha aventura aproveitando unha excursión do colexio. Nemo, no seu afán de amosar a súa valentía e capacidade de desenvolverse a pesar de ter unha aletaatrofiada, é atrapado por un mergullador cunha rede e acaba no acuario dun dentista na cidade de Sidney para ser o agasallo da sobriña do doutor, Dala.
Desde entón o seu pai emprende unha longa procura para dar con pistas que lle leven a recuperar ó fillo. No camiño úneselle un peixe de pouca memoria chamado Dory. Os dous xuntos teñen que enfrontarse a multitude de problemas entre os que se atopan as quenllas vexetarianas, as medusas, unha balea, coa cal falan en "Cetáceo", e as gaivotas. Durante a súa viaxe tamén reciben a axuda doutros personaxes entre os que se atopan as simpáticas tartarugas.
Mentres, Nemo establece unha grande amizade cos peixes que habitan dentro do acuario e xuntos urden un plan para escapar e regresar ó mar.