การใช้ชีวิตอยู่ในแนวโขดหินประการังใต้ทะเลลึกนั้น ช่างเป็นสิ่งที่เต็มไปด้วยอันตรายสำหรับเหล่าปลาการ์ตูนตัวน้อยๆ จึงไม่แปลกที่ มาร์ลิน ปลาการ์ตูนพ่อม่าย จะต้องทุ่มเทแรงกายแรงใจเต็มที่ในการปกป้อง นีโม ลูกชายตัวเดียวของเขาให้ได้ แม้ใจเขาจะมีทั้งความกลัวและความกังวลประดังถาโถมเข้ามา และแล้ว เวลาที่นีโมจะต้องออกจากบ้านอันแสนปลอดภัยของเขาก็มาถึง ในวันแรกของการไปโรงเรียน มาร์ลินเป็นห่วงมากจึงไปส่งลูกชายเอง ด้วยนิสัยที่วิตกกังวลเกินเหตุไปกับทุกการเคลื่อนไหวของลูก จนนีโมรู้สึกว่าพ่อเริ่มเว่อร์ไปหน่อย เจ้าหนูจึงท้าทายพ่อด้วยการทำซนว่ายผ่านแนวหินเพื่อเข้าไปสำรวจเรือลำหนึ่ง แต่แล้วเรื่องคาดไม่ถึงก็เกิดขึ้น เมื่อนักดำน้ำโผล่เข้ามารวบร่างของนีโมหายไปต่อหน้าต่อตามาร์ลิน ซึ่งไม่อาจช่วยอะไรได้ทัน! หัวใจที่หล่นวูบทำให้มาร์ลินว่ายพรวดออกตามหาลูกชายอย่างบ้าคลั่ง และเมื่อผ่านไปถึงหน้าโรงเรียนปลา เขาก็กระโจนเข้าขอความช่วยเหลือจาก โดรี่ ปลาขี้ตังเบ็ดฟ้า ซึ่งยินดีให้ความช่วยเหลือเต็มที่ แต่ปัญหาคือโดรี่ดันมีความจำแสนสั้นและพร้อมจะลืมทุกอย่างในเสี้ยววินาที คู่หูไม่ธรรมดาคู่นี้จึงออกผจญภัยในภารกิจที่ดูอย่างไรก็ไม่น่าจะสำเร็จได้เลย ในเวลาเดียวกัน ที่ออฟฟิศหมอฟัน ณ อ่าวซิดนี่ย์ ฮาร์เบอร์ นีโมได้พบเพื่อนใหม่แปลกๆ มากมายในตู้ปลา นำทีมโดย กิลล์ หัวหน้าสุดซ่า ซึ่งมาจากมหาสมุทรเช่นกันและยังคงฝันถึงวันที่จะได้กลับไปที่นั่นอีกครั้ง เพื่อนร่วมแทงค์อื่นๆ ประกอบด้วย ปลาดาวชื่อ พีช, ปลาปักเป้าเจ้าอารมณ์นาม โบล๊ท, บั๊บเบิ้ลส์ ปลาขี้ตังบ้าฟองอากาศ, เกอร์เกิ้ล ปลาโรยัลแกรมม่าอนามัยจัด, ชักส์ กุ้งพยาบาลผู้แสนรักความสะอาด และ เด็บ ปลาสลิดหินลายแถบขาวดำ ซึ่งเชื่อเป็นตุเป็นตะว่าเงาสะท้อนในผนังกระจกของตู้ปลานั้นคือ โฟล พี่น้องฝาแฝดของหล่อน การมาถึงของสมาชิกใหม่อย่างนีโม ได้ปลุกกระตุ้นความอยากหนีของกิลล์ให้ลุกโชนขึ้นอีกหนหนึ่ง กลับไปที่มาร์ลินกับโดรี่ ทั้งคู่เดินทางไปจนกระทั่งเผชิญหน้ากับปัญหาที่คาดไม่ถึง ไม่ว่าจะเป็นสามฉลามหนุ่ม ผู้ฝึกปรือพัฒนาภาพลักษณ์ตัวเองให้หลุดพ้นจากการเป็นแค่เครื่องจักรล่าสังหารไร้หัวใจ!, ปลาสินสมุทรที่สวยตื่นตาแต่อันตรายสุดขีด และดงแมงกะพรุน นอกจากนั้น สองเกลอยังได้เจอฉลามสีน้ำเงิน ได้ท่องย่าน East Australian Current (EAC) ร่วมกับฝูงเต่าทะเล และหนีการโจมตีของนกนางนวลอย่างเฉียดฉิวระหว่างกำลังผจญภัยอยู่ในแถบอ่าวซิดนี่ย์ฮาร์เบอร์ การเดินทางของพวกเขาเริ่มแปรร่างกลายเป็นตำนานแห่งการเล่าขานในหมู่ปลาและฝูงนก และตำนานว่าด้วยปลาการ์ตูนผู้กล้าหาญที่ท่องทั่วมหาสมุทร เพื่อจะตามลูกชายสุดที่รักนี้ก็ดังกระฉ่อนไปจนถึงหูของนีโมในแทงค์บนอ่าวในที่สุด นีโมทั้งแปลกใจและตื่นเต้นจับใจยากบรรยายเมื่อได้รู้ว่าพ่อกำลังเสี่ยงอันตรายตามหาเขาอยู่ ด้วยแรงกระตุ้นจากกิลล์และความปรารถนาของเขาเองที่จะได้กลับสู่อ้อมอกพ่อ ทำให้นีโมตัดสินใจวางแผนหลบหนีที่สุดเสี่ยง แต่เวลามีเหลือน้อยเต็มทน เพราะ ดาร์ล่า หลานสาวจอมซนของหมอฟัน เจ้าของประวัติเคยเขย่าตู้ปลาจนท้องระเบิด กำลังจะมารับตัวนีโมไปวันรุ่งขึ้น มาร์ลินกับโดรี่เดินทางมาจนถึงซิดนี่ย์ฮาร์เบอร์และได้รับความช่วยเหลือจาก ไนเจิล นกกระทุงใจดีซึ่งก็เคยได้รับรู้เรื่องราวการเดินทางของปลาการ์ตูนใจกล้าตัวนี้มาแล้ว ด้วยเวลาที่งวดเข้ามาเต็มทนและอุปสรรคอีกมากที่รออยู่ สองพ่อลูกต้องต่อสู้อย่างสุดชีวิตเพื่อจะได้กลับมาพบหน้ากันอีกครั้ง