『トイ・ストーリー』『モンスターズ・インク』のスタッフが贈る、美しいグレート・バリアリーフの海を舞台に、個性的なキャラクターたちが繰り広げる冒険ストーリー。
元気で好奇心いっぱい、カクレクマノミの子供ニモは、初登校に大喜び。でも、ニモは同級生たちに度胸のあるところを見せようと、心配性の父マーリンの制止を振り切ってサンゴ礁の外に出たことから人間にさらわれてしまう。
マーリンは、「ニモをさらったボートを見た」と言う、親切だけど物忘れのひどいドリー（ナンヨウハギ）を相棒に、ニモを探す果てしない海の旅へ―。巨大なサメに追いかけられたり、アオウミガメの群れに助けられたりと、想像もしなかった出来事ばかり。それでも、マーリンはニモに会いたい一心で旅を続けるのだった。