גיבורי הסרט הם דגים, בראשם נמו ומרלין, אביו הדאגן. שניהם מתגוררים בתוך שושנת ים הגדלה בשונית אלמוגים מרהיבה ביופיה אי שם בחופי אוסטרליה.

כאשר נמו הולך לבית הספר לראשונה הוא מתרחק יתר על מידה בדרכו, ונלכד על ידי רופא שינים צולל הלוקחו כדג נוי לאקווריום שבמרפאתו .

מרלין מתחיל בחיפושים אחר בנו האובד ומוצא בדרכו את דורי, דגה ידידותית אך שכחנית המתנדבת לעזור לו בחיפושיו אחר בנו. בדרכם הם מוצאים את משקפתו של הצולל, ועליו כתוב כתובתו. דורי מתבררת באופן מפתיע כמי שיודעת לקרוא אנגלית, כך מתוודאים הם שנמו נמצא בסידני. השניים עוברים בדרכם הרפתקאות רבות, הכוללים מפגש עם כרישים תרבותיים שכמעט נגמר באסון, תמרון מסוכן בין יער של מדוזות, שייט על גבי צבי ים ושהייה בתוך לועו של לוויתן ענק.

בתוך כך נמו מוצא חברים חדשים באקווריום שבמרפאתו של רופא השיניים, הם עורכים לו קבלת פנים חגיגית והא מתחבב עליהם במהירות. אך מיד מתברר שהרופא הועיד את נמו כמתנה לאחייניתו המופרעת, מה שעלול לגרום למותו המיידי. לאחר תוכנית בריחה שכשלה, נמו ניצל בזכות תושייתו של מנהיג הדגים, והוא צולל דרך תעלות הביוב היישר לאוקיינוס הגדול.