Az élet a Nagy Zátony környékén tele van veszélyekkel. Jól tudja ezt Pizsi, a kis bohóchal, s erre próbálja megtanítani egyetlen fiát, Némót is. Ám az ifjonc - ahogy az már lenni szokott - tele van kalandvággyal, és amikor eljön az idő, el kell hagynia otthonát, és elindulni az iskolába. Pizsi idegesen kíséri őt, és szorongva figyeli minden mozdulatát. Aggodalma nem is alaptalan, mert Némó, dacolva intelmeivel, túlúszik a biztonságos határon, hogy megnézzen egy hajót, és az apa tehetetlenül nézi végig, ahogy egy búvár hirtelen elragadja csemetéjét.
Bénult döbbenetét hamar elkeseredett tettvágy váltja fel, és fia nyomába ered, hogy megmentse. Ahogy elhalad az iskola növendékei mellett, szó szerint beleütközik egy Szenilla nevű nyájas kék halba, aki tüstént felajánlja neki a segítségét. Az egyetlen probléma vele, hogy súlyos memóriazavarban szenved: amint megtörténik valami, nyomban el is felejti. Pizsi elfogadja támogatását, és a furcsa páros nekivág az óceánnak a „lehetetlen küldetésére”.
Eközben Némó is megérkezett új „otthonába”: egy sydney-i fogorvos rendelőjében álló akváriumba, ahol csuda figurákkal ismerkedik meg. Az akváriumban Búb, az erős ostoroshal a főnök. Ő szintén az óceánról jött, és titokban arról álmodozik, hogy egy napon visszatérhet oda. Az új jövevény megjelenése ismét felkelti benne a vágyat a menekülésre.
Pizsi és Szenilla hamar veszélyes vizeken találják magukat: először három cápa bukkan fel, majd egy ördöghal, végül rengeteg medúza között kell előre evickélniük. A Kelet-Ausztráliai Áramlatnál közeli kapcsolatba kerülnek egy hatalmas kékbálnával, melyet egy csapat tengeri teknőc kísér, később pedig az éhes sirályok támadásait kell elkerülniük, ahogy megközelítik Sydney kikötőjét. Kalandjaiknak hamarosan híre kel a halak és a madarak között, még Némó akváriumába is eljut a hősies vállalkozás híre.
Némó meglepődik és megörül, mikor megtudja, hogy apja a keresésére indult. Búb bátorításával merész menekülési tervet készül végrehajtani, hogy visszatérhessen apjához. De szorít az idő, mert a fogorvos izgága unokahúga másnap magával akarja vinni Némót…