I det färgglada och varma tropiska vattnet i Stora Barriärrevet lever Clownfish Marlin ett tryggt och avskilt liv i ett lugnt kvarter med sin enda son Nemo. Rädd för havet och dess oförutsägbara risker kämpar han för att skydda sin son. Nemo, som alla yngre fiskar, är ivrig att utforska det gåtfulla revet. När Nemo oväntat tas långt hemifrån och kastas in i en tandläkarens akvarium, finner Marlin sig själv vara den oväntade hjälten på en episk resa för att rädda sin son. På sin färd får Marlin sällskap av en godhjärtad samariter vid namn Dory, en Regal Blue Tang-fisk med det sämsta korttidsminnet och det största hjärtat i hela havet. När de två fiskarna fortsätter sin resa och stöter på mängder av faror, tvingar Dorys optimism kontinuerligt Marlin att hitta modet att ta risker och övervinna sina rädslor. Genom detta får Marlin förmågan att lita på och tro, precis som Dory, att saker och ting kommer att lösa sig till slut. Det möter sjöfåglar, kloaker och till och med människan själv, och den ödesdigra separationen mellan far och son slutar i triumf. Den tidigare rädda Marlin blir en sann hjälte i sin sons ögon och i hela havet.