在澳洲大堡礁的深海中，小丑鱼爸爸玛林和儿子尼莫简单幸福的生活着，可是爸爸做事常常畏首畏尾，是个胆小鬼，尼莫觉得爸爸很不勇敢，甚至有点看不起自己的爸爸。小尼莫却总是天不怕地不怕，跟同伴们去水面玩耍的时候，竟然被渔网捞了起来，辗转被卖到一家牙医诊所。

本片讲述在1868年航运界传言南海中有海怪破坏船只，各国政府被迫派遣军舰维护航道安全，及调查海怪真伪。不料调查舰被不明怪物撞沉，只有阿洛亚斯教授、助手康索及鱼叉手尼德蓝被鹦鹉螺核子潜艇救起。该船由尼莫舰长指挥，对运载军火船舰均予击沉。尼莫敬重阿洛亚斯之成就，将其视为上宾。潜艇要返回瓦康尼亚基地，中途到深海探索海底世界，此处是该船粮食之主要来源。教授为其科技动力来自海底貂殖的技术惊叹不已，但尼德蓝一心想逃跑，却在荒岛中被食人族逐出。他又查出基地位置，用瓶子装信向外通知。到达瓦康尼岛时，军舰已围住该基地。尼莫

在澳洲大堡礁温暖的海水里，小丑鱼玛林和儿子尼莫生活在安逸而隐蔽的海底，一天，一直向往到海洋中冒险的尼莫，游出了他们所居住的珊瑚礁。却被渔夫捞走并卖到了悉尼当了人类的玩物。 为了救回心爱的孩子，本来胆小怕事的玛林决心跟上澳洲洋流，踏上寻找自己儿子的漫漫征程。一路上玛林遇到了很多形形色色的朋友，也遭遇了各式各样的危机。最终救回了自己的儿子。