Cuộc sống ven Vỉa San Hô là một hành trình đầy rẫy những mối nguy hiểm rình rập đối với những chú cá bé nhỏ. Chính vì thế ông Marlin (Albert Brooks lồng tiếng) góa vợ luôn phải lo lắng để mắt đến cậu con trai độc nhất có tên Nemo (Alexander Gould). Trong ngày đầu tiên đến trường, Nemo đã quên mất những lời dặn dò của bố và một mình bơi đi thăm dò chiếc thuyền, để rồi bị một thợ lặn bắt đi trước ánh mắt bất lực của Marlin.

Lo lắng cho số phận của con trai, Marlin liều lĩnh bơi đi khắp nơi tìm Nemo. Trên đường đi, ông gặp gỡ người bạn đồng hành tốt bụng nhưng đãng trí Dory (Ellen DeGeneres). Hai chú cá cùng nhau vượt qua rất nhiều trở ngại trong lòng đại dương như những con cá mập răng sắc nhọn, đàn cá vảy chân khát máu và vòng vây nguy hiểm của bọn sứa. Về phần Nemo, chú cá bé bỏng này đang bị giam tại bể cá trong văn phòng một nha sĩ nhìn ra cảng Sydney. Cùng với những người bạn bị nhốt chung, Nemo đã vạch ra kế hoạch để trốn thoát trước khi cậu trở thành chú cá cảnh cho cháu gái của ông nha sĩ.