《海底总动员》的主角是一对可爱的小丑鱼父子。父亲玛林和儿子尼莫一直在澳洲外海大堡礁中过着安定而“幸福”的平静生活。鱼爸爸玛林一直谨小慎微，行事缩手缩脚，虽然已经身为人父，却丝毫不会影响它成为远近闻名的胆小鬼。也正因为这一点，儿子尼莫常常与玛林发生争执，甚至有那么一点瞧不起自己的父亲。直到有一天，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。正当尼莫想要舒展一下小尾巴的时候，一艘渔船毫不留情地将欢天喜地的尼莫捕走，并将它辗卖到澳洲悉尼湾内的一家牙医诊所。
在大堡礁的海底，心爱的儿子突然生死未卜的消息，对于鱼爸爸玛林来说地无异于晴天霹雳。尽管胆小尽管怕事，现在为了救回心爱的孩子，玛林也就只有豁出去了。它决心跟上澳洲洋流，踏上寻找自己儿子的漫漫征程。
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。但幸福的是，玛林遇到了蓝唐王鱼多瑞。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，两条鱼在辽阔的太平洋上的冒险使它们交到了形形色色的朋友，也遭遇了各式各样的危机。而鱼爸爸玛林也终于克服万难，与儿子团聚并安全地回到了自己的家乡。过去那个甚至连自己儿子都瞧不起的胆小鬼玛林，经过这次的考验后成为了儿子眼中真正的英雄！一场亲情团聚的大戏，就此在充满泪水的眼睛中落下了帷幕。
