Filmen har en enkel historie, hvor den lille klovnefisken «Nemo» har verdens mest overbeskyttende alenepappa, «Marlin». «Nemo» blir fanget av en tannlege og hobbydykker i Sydney og «Marlin» må trosse alle sine nevroser for å redde sønnen sin. Med seg på turen har han med seg palettkirurgifisken «Dory», som har ekstremt dårlig korttidshukommelse, men som også er utrolig hjertelig.