在美麗的海底世界，住著一對相依為命的小丑魚父子，由於大海暗藏危機，愛子心切的魚爸爸馬林總是小心翼翼地呵護著兒子尼莫。然而被父親過度保護的尼莫，卻想擺脫種種限制。
有一天，受好奇心驅使的尼莫被潛水夫逮住，因此被帶到雪梨一家牙醫診所的水族箱中飼養。心急如焚的馬林為了找回兒子，不畏艱難展開千里尋子之旅，在途中他遇到熱心助人卻患有短暫失憶症的魚兒多莉，雖然嘮叨又老是記不住尼莫的名字，多莉卻有識字的本領，同行的兩人一路上遭遇各種危險，包括被一群想戒掉吃魚習慣卻常常心口不一的鯊魚包圍，還有被隨時處在飢餓狀態的海鷗追逐!
馬林和多莉必須在海龜的幫助下穿越像漩渦般的東澳洋流，還要想辦法橫越大海登上陸地，才能到雪梨街頭尋找尼莫，馬林尋找兒子的超級任務會成功嗎？