在澳洲大堡礁的深海中，小丑魚爸爸瑪林和兒子尼莫過著簡單幸福的生活。瑪林因過度謹慎而顯得膽怯，令天性冒險的尼莫對其產生輕視。當尼莫隨同伴游向水面時，意外被漁網捕獲并輾轉賣至悉尼牙醫診所的魚缸。目睹兒子失蹤的瑪林陷入巨大焦慮，盡管天生怯懦仍毅然踏上營救之路。途中他偶遇患有短期失憶癥的藍唐王魚多莉，后者以樂觀天性陪伴左右。父子各自經歷生死考驗：尼莫在魚缸內結識老蝦虎魚吉爾，得知可通過貝殼觸發魚缸循環系統的逃生線索；瑪林則穿越劇毒水母群、遭遇深海巨怪，最終在龜族長老的指引下抵達悉尼港。尼莫憑借機智用貝殼破壞系統引發溢水，使自己與魚缸同伴墜入下水道。歷盡艱險的父子在排水口終得團聚，瑪林的成長與尼莫的勇氣最終消融了彼此隔閡。