การ์ตูน นีโม การใช้ชีวิตอยู่ในแนวโขดหินประการังใต้ทะเลลึกนั้น ช่างเป็นสิ่งที่เต็มไปด้วยอันตราย สำหรับเหล่าปลาการ์ตูนตัวน้อย ๆ จึงไม่แปลกที่ มาร์ลิน (พากย์เสียงโดย อัลเบิร์ต บรู๊คส์) ปลาการ์ตูนพ่อม่าย จะต้องทุ่มเทแรงกายแรงใจเต็มที่ ในการปกป้อง นีโม (พากย์เสียงโดย อเล็กซานเดอร์ กูลด์) ลูกชายตัวเดียวของเขาให้ได้ แม้ใจเขาจะมีทั้งความกลัว และความกังวลประดังถาโถมเข้ามา และแล้วเวลาที่ นีโม จะต้องออกจากบ้าน อันแสนปลอดภัยของเขาก็มาถึง ในวันแรกของการไปโรงเรียน มาร์ลิน เป็นห่วงมาก จึงไปส่งลูกชายเอง ด้วยนิสัยที่วิตกกังวลเกินเหตุ ไปกับทุกการเคลื่อนไหวของลูก จนนีโมรู้สึกว่าพ่อเริ่มเว่อร์ไปหน่อย เจ้าหนูจึงท้าทายพ่อ ด้วยการทำซนว่ายผ่านแนวหิน เพื่อเข้าไปสำรวจเรือลำหนึ่ง แต่แล้วเรื่องคาดไม่ถึงก็เกิดขึ้น เมื่อนักดำน้ำโผล่เข้ามา รวบร่างของ นีโม หายไปต่อหน้าต่อตา มาร์ลิน ซึ่งไม่อาจช่วยอะไรได้ทัน!
หัวใจที่หล่นวูบทำให้ มาร์ลิน ว่ายพรวด ออกตามหาลูกชายอย่างบ้าคลั่ง และเมื่อผ่านไปถึงหน้าโรงเรียนปลา เขาก็กระโจนเข้าขอความช่วยเหลือจาก ดอรี่ (พากย์เสียงโดย เอลเลน เดอเจนเนอเรส) ปลาขี้ตังเบ็ดฟ้า ซึ่งยินดีให้ความช่วยเหลือเต็มที่ แต่ปัญหาคือ ดอรี่ ดันมีความจำแสนสั้น และพร้อมจะลืมทุกอย่างในเสี้ยววินาที คู่หูไม่ธรรมดาคู่นี้ จึงออกผจญภัยในภารกิจ ที่ดูอย่างไรก็ไม่น่าจะสำเร็จได้เลย
ในเวลาเดียวกัน ที่ออฟฟิศหมอฟัน ณ อ่าวซิดนีย์ฮาร์เบอร์ นีโม ได้พบเพื่อนใหม่แปลก ๆ มากมายในตู้ปลา นำทีมโดย กิลล์ (พากย์เสียงโดย วิลเลม เดโฟ) หัวหน้าสุดซ่า ซึ่งมาจากมหาสมุทรเช่นกัน และยังคงฝันถึงวันที่จะได้กลับไปที่นั่นอีกครั้ง เพื่อนร่วมแทงค์อื่น ๆ ประกอบด้วย ปลาดาวชื่อ พีช (พากย์เสียงโดย แอลลิสัน แจนนีย์), ปลาปักเป้าเจ้าอารมณ์นาม โบลต (พากย์เสียงโดย แบรด การ์เร็ตต์), บับเบิลส์ (พากย์เสียงโดย สตีเฟ่น รู้ท) ปลาขี้ตังบ้าฟองอากาศ, เกอร์เกิล (พากย์เสียงโดย ออสติน เพนเดิลตัน) ปลาโรยัลแกรมม่าอนามัยจัด, ชาคส์ (พากย์เสียงโดย โจ แรนฟ์) กุ้งพยาบาลผู้แสนรักความสะอาด และ เด็บ (พากย์เสียงโดย วิคกี้ ลูอิส) ปลาสลิดหินลายแถบขาวดำ ซึ่งเชื่อเป็นตุเป็นตะว่า เงาสะท้อนในผนังกระจกของตู้ปลานั้นคือ โฟล พี่น้องฝาแฝดของหล่อน การมาถึงของสมาชิกใหม่อย่าง นีโม ได้ปลุกกระตุ้นความอยากหนีของ กิลล์ ให้ลุกโชนขึ้นอีกหนหนึ่ง
กลับไปที่ มาร์ลิน กับ ดอรี่ ทั้งคู่เดินทางไป จนกระทั่งเผชิญหน้ากับปัญหาที่คาดไม่ถึง ไม่ว่าจะเป็นสามฉลามหนุ่ม, ปลาสินสมุทรที่สวยตื่นตาแต่อันตรายสุดขีด และดงแมงกะพรุน นอกจากนั้น สองเกลอยังได้เจอฉลามสีน้ำเงิน, ได้ท่องย่าน East Australian Current (EAC) ร่วมกับฝูงเต่าทะเล และหนีการโจมตีของนกนางนวลอย่างเฉียดฉิว ระหว่างกำลังผจญภัยอยู่ในแถบอ่าวซิดนีย์ฮาร์เบอร์ การเดินทางของพวกเขา เริ่มแปรร่างกลายเป็นตำนานแห่งการเล่าขาน ในหมู่ปลาและฝูงนก และตำนานว่าด้วยปลาการ์ตูนผู้กล้าหาญที่ท่องทั่วมหาสมุทร เพื่อจะตามลูกชายสุดที่รักนี้ก็ดังกระฉ่อนไปจนถึงหูของนีโมในแทงค์บนอ่าวในที่สุด
นีโม ทั้งแปลกใจและตื่นเต้นจับใจยากบรรยาย เมื่อได้รู้ว่าพ่อกำลังเสี่ยงอันตรายตามหาเขาอยู่ ด้วยแรงกระตุ้นจาก กิลล์ และความปรารถนาของเขาเอง ที่จะได้กลับสู่อ้อมอกพ่อ ทำให้ นีโม ตัดสินใจวางแผนหลบหนีที่สุดเสี่ยง แต่เวลามีเหลือน้อยเต็มทน เพราะ ดาร์ล่า หลานสาวจอมซนของหมอฟัน เจ้าของประวัติเคยเขย่าตู้ปลาจนท้องระเบิด กำลังจะมารับตัว นีโม ไปวันรุ่งขึ้น!
มาร์ลิน กับ ดอรี่ เดินทางมาจนถึงซิดนีย์ฮาร์เบอร์ และได้รับความช่วยเหลือจาก ไนเจิล (พากย์เสียงโดย เจฟฟรีย์ รัช) นกกระทุงใจดี ซึ่งก็เคยได้รับรู้เรื่องราวการเดินทาง ของปลาการ์ตูนใจกล้าตัวนี้มาแล้ว ด้วยเวลาที่งวดเข้ามาเต็มทน และอุปสรรคอีกมากที่รออยู่ สองพ่อลูกต้องต่อสู้อย่างสุดชีวิต เพื่อจะได้กลับมาพบหน้ากันอีกครั้ง
