La película cuenta el increíble periplo de dos peces - Marlin y su hijo Nemo - que se ven obligados a separarse en la Gran Barrera de Coral, ya que Nemo es capturado por un buceador. El pobre termina en la pecera de la consulta de un dentista desde la que se divisa el puerto de Sydney. Marlin, con la ayuda de un simpático pero despistado pez llamado Dory (que carece de memoria inmediata), se embarca en un peligroso viaje. El precavido padre acaba convirtiéndose en el héroe de una verdadera epopeya cuyo fin es rescatar a su hijo, que por su parte ha urdido un descabellado plan para volver sano y salvo a casa.
 | Albert Brooks | Voz de Marlin |
| Alexander Gould | Voz de Nemo |
| Ellen DeGeneres | Voz de Dory |
 | Willem Dafoe | Voz de Gill |
 | Geoffrey Rush | Voz de Nigel |
| Andrew Stanton | Voz de Crush |
| Elizabeth Perkins | Voz de Coral |
| Barry Humphries | Voz de Bruce |
 | Eric Bana | Voz de Ancla |
| Brad Garrett | Voz de Bloat |
| Allison Janney | Voz de Peach |
| Austin Pendleton | Voz de Gurgle |
 | Stephen Root | Voz de Bubbles |
| Vicki Lewis | Voz de Deb/Voz de Flo |
| Joe Ranft | Voz de Jacques |
| Bob Peterson | Voz de Mr. Ray |
| Bruce Spence | Voz de Chum |
| Erik Per Sullivan | Voz de Sheldon |
| Bill Hunter | Voz del dentista |
| John Ratzenberger | Voz del profesor de escuela |
