Забывчивая синяя хирурга Дори, наслаждаясь мирной жизнью в рифе, внезапно пробуждает в памяти обрывки прошлого, указывающие на её потерянную семью. Не в силах игнорировать это открытие, она вместе с Немо и его вечно беспокоящимся отцом Марлином отправляется в грандиозное путешествие через океан. Их путь лежит в Калифорнийский институт морской жизни, где судьба, казалось бы, разлучила Дори с родителями. На каждом шагу героиню подстерегают трудности, усугубляемые её кратковременной потерей памяти, но неугасимое желание обрести родных придаёт ей сил. В этом опасном предприятии Дори обретает новых невероятных союзников: своенравного осьминога Хэнка, ищущего постоянный аквариум, близорукого кита-белуху Бейли и старую подругу-китовую акулу Судьбу. Преодолевая препятствия, Дори учится принимать свою особенность, превращая недостаток в силу, и понимает, что ключ к воссоединению с семьёй — не в идеальной памяти, а в вере в себя и безграничной поддержке верных друзей.