Nemo, el protagonista de la película, tenía una aleta atrofiada y por eso era más pequeña que la otra.

La historia se basa en su padre, llamado Marlin, un pez payaso, que va en busca de su pequeño hijo Nemo junto a una pez cirujano azul llamada Dory que tiene problemas de memoria.

Sin embargo, ese mismo día aparece una barracuda que amenaza con devorarlos y, aunque Marlin trata de convencer a su esposa de que el sitio donde se encuentran los huevos es seguro, Coral intenta proteger los huevos pero es atacada por la barracuda, Marlin trata de luchar contra esta pero queda inconsciente durante el transcurso.

Lo toma y decide llamarlo con el nombre que su madre había sugerido: Nemo.

Marlin avergüenza a Nemo durante una excursión escolar, por lo que él aprovecha esta ocasión y se escapa del arrecife.

Allí Nemo conoce a los otros peces del acuario, llamado Tank Gang: Globo, un pez globo que se infla al asustarse; Bubbles, una espiga amarilla obsesionada con las burbujas; Peach, una estrella de mar; Gluglú, un gramma real; Jacques, un camarón limpiador pacífico; y Deb, una damisela de cola negra que cree que su reflejo es su hermana gemela.

Aterrado, Nemo quiere salir de la pecera pero termina atascado en un tubo de la pecera; es ahí cuando aparece el líder del grupo: Gill, un ídolo moro que, al igual que Nemo, tiene una aleta afectada.

Una vez cumplido, Gill le da el apodo de «Tiburoncín» («Cebo» en España) y le explica su plan para escapar del acuario antes de que se lo lleve Darla, la sobrina del dentista.

Descubrieron que las puntas de las medusas no picaban, pero eso casi resulta fatal debido a un electrochoque provocado por las medusas, puesto que Marlin salió y encontró a Dory casi inconsciente a causa de tanto electrochoque, por lo que se la lleva con él lo más rápido posible.

Al salir, tanto Marlin como Dory se desmayan por el electrochoque.

Marlin comienza a entender que aunque vale la pena ser precavido también hace falta tomar riesgos de vez en cuando.

Mientras tanto, tras el plan fallido, Nemo está triste y resignado a morir en manos de Darla.

Gill le pide perdón por poner su vida en peligro, pues tenía tantas ganas de volver al océano que no consideró que arriesgaba la vida de un niño para lograr su objetivo.

Llega Nigel y les cuenta toda la historia de Marlin desde que vio cómo se llevaban a su hijo.

Dory intenta comunicarse a gritos pero resulta que dicha figura es una ballena azul.

Afirmando hablar su idioma, le pide que los lleve a Sídney con rapidez; la ballena desaparece para acabar reapareciendo detrás de ellos y los engulle junto al krill que pasaba en ese momento.

Marlin le pide a su hijo perdón por haberlo alejado tanto de los peligros y finalmente se reconcilian.

Después de los créditos, aparece Blenny junto con el rape abisal, pero este abre su boca engullendo entero al monstruo y sale nadando tranquilamente, finalizando así la película.

Andrew Stanton y Pixar supieron que la inspiración para la película viene de múltiples experiencias.

Además de esto, el equipo recibió un entrenamiento consistente en biología marina.

Para diseñar el arrecife de coral se utilizaron los parámetros de objetos horizontales planos y anchos y objetos verticales más angostos, aunque esto es inexacto debido a las formas abstractas que tienen los arrecifes.

[15]​ Un videojuego basado en la película se estrenó en 2003, para PC, Xbox, PlayStation 2, GameCube y GameBoy Advance.