Спустя год после спасения Немо, страдающая от провалов в памяти рыбка Дори вспоминает о родителях — впервые за всю жизнь. Рыбка вспоминает, что в детстве вместе с семьей она жила у берегов Калифорнии, поэтому обращается к Марлину и Немо с просьбой помочь ей отыскать потерянных родителей. При помощи морских черепах герои быстро добираются до Калифорнии, однако учёные заинтересовываются Дори и разлучают её с друзьями. Пока Марлин и Немо отчаянно пытаются спасти подружку, та начинает обзаводиться друзьями среди морских обитателей исследовательского института.