È passato un anno da quando Marlin, pesce pagliaccio vedovo e timoroso, ha attraversato l'oceano per ritrovare il suo unico figlio, Nemo. Con loro vive Dory, la pesciolina chirurgo che nonostante uno spiccato disturbo di perdita di memoria a breve termine è stata determinante nella buona riuscita dell'impresa.
La vita scorre tranquilla, ma ad un tratto Dory comincia a ricordare frammenti del suo passato e nel suo cuore si riaccende la nostalgia dei genitori, persi chissà quando, dove, come. Comincia così un secondo, rocambolesco viaggio.