I de fargerike og varme tropiske farvann i Great Barrier Reef lever en Clownfish ved navn Marlin trygt og avsondret i en rolig villmark med sin eneste sønn, Nemo. Redd for havet og dets uforutsigbare risikoer sliter han med å beskytte sønnen sin. Nemo, som alle unge fisker, er ivrig etter å utforske det mystiske revet. Når Nemo plutselig blir tatt langt hjemmefra og kastet inn i en tannlegekontorets akvarium, finner Marlin seg selv som helten som uansett er på en episk reise for å redde sønnen sin. På sin ferd blir Marlin fulgt av en god samaritan ved navn Dory, en Regal Blue Tang med det dårligste korttidsminnet og det største hjertet i hele havet. Etter hvert som de to fiskene fortsetter reisen og møter tallrike farer, tvinger Dorys optimisme Marlin til stadig å finne mot til å ta risiko og overvinne sine frykter. På denne måten får Marlin evnen til å stole på og tro på at ting vil ordne seg til slutt, slik som Dory. Da de møter sjøfugler, kloakkystemer og til og med mennesket selv, ender far og sønns skjebnesvangre adskillelse i triumf. Og den engstelige Marlin blir til en ekte helt i øynene til sin sønn og hele havet.