Après la mort de son épouse Corail, Marin, un poisson clown, doit prendre soin de son fils, Nemo, handicapé par une nageoire atrophiée. Lors de son premier jour d'école, Marin, inquiet, décide de le suivre à l'occasion d'une sortie scolaire. Afin de prouver sa valeur à ses copains, Nemo décide de nager jusqu'à la surface pour toucher une mystérieuse barque. C'est alors qu'il se fait enlever par un plongeur. Marin, qui assiste impuissant à cette scène, s'élance alors à la poursuite de la barque. Malheureusement, celle-ci est beaucoup trop rapide, et Marin continue inlassablement la recherche de son fils. Sur son chemin, il fait la rencontre de la belle Dory, un poisson-chirurgien ayant des « troubles de la mémoire immédiate »…