그레이트 배리어 리프(호주 동북부에 있는 세계 최대의 산호초) 주변에서 살아가는 조그만 클라운 피쉬 말린에게는 하루하루가 생존게임의 연속이다. 그런 위험한 환경 속에서 외아들 니모를 키우자니 아빠 물고기 말린의 마음에는 두려움과 걱정이 떠나지를 않는다. 하지만 언제까지나 아들을 집 안에만 꼭꼭 숨겨놓고 키울 수는 없는 일. 드디어 니모가 아빠 품을 벗어나 처음 학교에 등교하는 날, 그는 너무 불안해서 니모를 학교까지 따라가며 행여 아들에게 무슨 일이 생길까봐 온갖 신경을 곤두세운다. 결국 니모가 아빠 말을 안 듣고 보트를 구경하러 절벽 뒤편으로 헤엄쳐 갔다가 갑자기 튀어나온 스쿠버 다이버에게 잡혔을 때, 그 모습을 속수무책 지켜보고 있던 말린은 까무라칠 지경이 된다. 절망감에 사로잡힌 말린은 아들을 찾아 미친 듯이 헤엄쳐 나아가다가 '도리'와 문자 그대로 쾅 부딪친다. 그러나 도움을 자청할 정도로 매우 선량한 블루탱 물고기 도리에겐 딱 한 가지 문제가 있었다. 그녀는 건망증이 심해서 무슨 일이든 금방 잊어버리고 만다는 것. 이 기묘한 수중 커플은 함께 불가능한 임무를 수행하러 먼 바다로 떠난다. 한편 니모는 시드니 항이 내다 보이는 치과 병원 수족관에 갇히는 신세가 된다. 수조에는 다채로운 캐릭터들이 살고 있는데 니모는 공식적으로 물고기 갱단에 입단하여, 길의 마음 속에 잠자고 있던 탈출의 꿈에 불을 지핀다. 아들을 찾아 대양을 여행하는 이 영웅적인 클라운 피쉬에 대한 소문은 니모의 수족관에까지 전해진다. 니모는 아빠가 자신을 구하러 오고 있다는 소식을 듣고 감격한다. 길의 격려와 아빠에게 돌아가고 싶은 강렬한 열망에 고무된 니모는 과감한 탈출 계획을 세운다.

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