《海底总动员》的主角是一对可爱的小丑鱼父子。父亲马林和儿子尼莫一直在澳大利亚大堡礁过着稳定幸福的生活。鱼之父马林一直很谨慎。虽然他已经做了父亲，但这并不会影响他成为有名的懦夫。也正因为如此，他的儿子尼莫经常与马林发生争执，甚至有点看不起他的父亲。直到有一天，一直渴望在海洋中探险的尼莫游出了他们居住的珊瑚礁。就在尼莫要伸尾巴的时候，一艘渔船无情地抓住了兴高采烈的尼莫，把他卖到澳大利亚悉尼。
湾内的一家牙医诊所。
在大堡礁海底，我心爱的儿子突然死去或活着的消息对鱼爸爸马林来说犹如晴天霹雳。尽管胆怯，现在为了救她心爱的孩子，马林不得不豁出去了。它决心跟上澳大利亚的水流，踏上寻找儿子的漫漫征途。
　　虽说是已下定决心，但这并不代表玛林可以在一夜之间抛弃自己怯懦的性格。途中与大白鲨布鲁斯的几次惊险追逐，很快便令它萌生退意，险些使父子重聚的希望化为泡影。但幸运的是，玛林遇到了来自撒马力亚Samaritan的蓝唐王鱼Regal Blue ang多瑞Dory。多瑞是一只热心助人、胸怀宽广的大鱼。虽然严重的健忘症常常搞得玛林哭笑不得，但是有多瑞在身边做伴，却也渐渐令玛林明白了如何用勇气与爱战胜自己内心的恐惧，也懂得了一生中有一些事情的确是值得自己去冒险去努力的道理。
就这样，两条鱼在浩瀚的太平洋上的奇遇，让他们结交了各种各样的朋友，遭遇了各种各样的危机。鱼爸爸马林终于克服了所有的困难，与他的儿子团聚，并安全返回家乡。马林，一个过去甚至看不起她儿子的懦夫，经过这次考验，在他儿子的眼里成了一个真正的英雄！一场阖家团圆的大戏在满眼泪水中落下帷幕。