Sipnosis
Marlin dan istrinya, Coral, merupakan sepasang ikan badut yang tinggal di Great Barrier Reef. Mereka sedang menunggu telur-telur mereka menetas ketika seekor ikan barakuda menyerang, memukul Marlin hingga tidak sadarkan diri. Ketika dia bangun, Marlin menemukan bahwa Coral dan semua kecuali satu dari telur mereka telah dimakan oleh sang barakuda. Marlin menamai telur terakhir itu sebagai Nemo, menggunakan nama yang disukai Coral, dan bersumpah untuk selalu melindungi telur yang retak itu.
Pada hari pertama Nemo masuk ke sekolah, dia dan Marlin bertengkar terkait Marlin yang bersikap overprotektif. Sebagai tindakan perlawanan, Nemo berenang mendekati sebuah perahu motor. Pada saat itu, dia ditangkap oleh sepasang penyelam skuba. Marlin berusaha untuk mengejar perahu tersebut, meski dia berakhir gagal. Setelah pengejaran, Marlin bertemu dengan Dory, seekor ikan blue tang yang menderita gangguan memori jangka pendek. Mendengar kisah Marlin, Dory mengajukan diri untuk membantunya. Keduanya lalu bertemu dengan Bruce, Anchor, dan Chum, tiga hiu yang mencoba untuk berhenti memakan ikan. Marlin menemukan masker selam yang jatuh dari kapal motor yang dikejarnya dan tidak sengaja melukai Dory. Bau dari darah Dori membuat Bruce menjadi liar dan mulai menyerang Marlin dan Dory. Ketika berusaha memakan mereka, Bruce secara tidak sengaja mengaktifkan serangkaian ranjau laut tua. Marlin, Dory, dan para hiu berhasil meninggalkan area tersebut sebelum ranjau meledak, meski masker selam yang ditemukan Marlin jatuh ke dalam palung.
Sementara itu, Nemo dimasukkan ke dalam akuarium di kantor milik Philip Sherman, seorang dokter gigi di Sydney, Australia. Di sana, dia bertemu dengan "Tank Gang" yang dipimpin oleh Gill, seekor ikan bendera dengan bekas luka di tubuhnya. Mereka memberi tahu Nemo bahwa dia akan menjadi hadiah dari Sherman bagi Darla, keponakannya, yang secara tidak sengaja membunuh ikan peliharan terakhirnya setelah memperlakukan ikan tersebut secara serampangan. Gill, yang juga ingin kembali ke laut, mengungkapkan rencana pelariannya: Nemo, yang merupakan ikan terkecil di akuarium itu, akan memblokir pipa filter akuarium menggunakan kerikil, menyebabkan akuarium menjadi kotor dan memaksa Sherman memasukkan setiap ikan ke dalam kantung plastik ketika dia membersihkan akuarium itu. Kondisi tersebut akan memberikan kesempatan bagi mereka untuk bergulir keluar melalui jendela dan menuju pelabuhan. Nemo berupaya untuk memblokir pipa filter, tetapi dia gagal dan hampir terbunuh oleh mesin filter. Gill, menyesali apa yang telah terjadi, memutuskan untuk membatalkan rencananya.
Ketika Marlin dan Dory mencari masker selam sang penyelam skuba di dalam palung, mereka diserang oleh seekor ikan sungut ganda. Mereka berhasil menjebak ikan tersebut menggunakan masker selam tersebut. Pada saat itu, mereka baru menyadari bahwa Dory telah mengingat alamat yang tertulis pada masker. Mereka mendapatkan arah menuju Arus Australia Timur dari sekelompok moonfish. Dalam perjalanan, mereka terjebak di dalam kepungan ubur-ubur. Setelah tersengat dan pingsan, mereka terbangun di dalam Arus Australia Timur bersama dengan sekelompok penyu, salah dua di antara mereka adalah Crush dan anaknya, Squirt. Para penyu itu menceritakan kisah perjalanan Marlin ke seluruh penjuru lautan hingga mencapai telinga Nigel, seekor burung pelikan yang kerap berbincang-bincang dengan Tank Gang. Nigel lalu memberi tahu Tank Gang tentang petualangan Marlin. Kisah tersebut memotivasi Nemo untuk kembali mencoba memblokir filter lagi. Upaya Nemo berhasil, menyebabkan akuarium segera ditumbuhi alga hijau.
Marlin dan Dory, setelah keluar dari Arus Australia Timur, berakhir dimakan oleh seekor paus biru. Paus tersebut lalu menyemburkan kedua ikan tersebut melalui lubang semburnya tepat di Pelabuhan Sydney. Di sana, mereka hampir dimakan oleh sekelompok burung camar yang lapar, meski mereka berhasil selamat berkat bantuan Nigel. Nigel lalu membawa mereka ke kantor Sherman, tepat saat Nemo sedang berpura-pura mati untuk menghindari diberikan kepada Darla. Marlin, yang tidak mengetahui hal tersebut, percaya bahwa Nemo sudah mati. Sherman lalu memaksa Nigel untuk terbang meninggalkan kantornya, sementara Gill membantu Nemo untuk kabur melalui pipa wastafel yang terhubung dengan laut.
Marlin, terguncang akibat apa yang telah dilihatnya, memutuskan untuk berpisah dengan Dory dan pulang ke rumahnya. Nemo bertemu dengan Dory, lalu keduanya berhasil mengejar Marlin. Tepat pada saat tersebut, sebuah kapal pukat mulai menarik jaring ikan dan menangkap Dory beserta sekelompok ikan kerapu. Nemo dan Marlin bekerja sama, menginstruksikan para ikan untuk berenang ke bawah. Upaya mereka berhasil mematahkan tiang pengerek jaring, membebaskan semua ikan yang terjebak.
Beberapa saat setelah kejadian tersebut, Marlin, yang kini menjadi lebih percaya diri dan ramah, kembali mengantar Nemo pergi ke sekolah. Marlin, bersama dengan Dory, mengucapkan sampai jumpa kepada Nemo yang pergi bersama teman-teman sekolahnya. Sementara itu, setelah berhasil merusak filter baru milik sang dokter gigi, para ikan Tank Gang berhasil kabur ke Pelabuhan Sydney. Mereka lalu bertanya-tanya tentang apa yang akan mereka lakukan, mengingat mereka masih terjebak di dalam kantong plastik mereka masing-masing.
