故事发生在影片第一部结束后一年，总失忆的蓝唐王鱼多莉（Dory）跟小丑鱼父子成了邻居，生活上互相关照，相处融洽。有一天她随尼莫（Nemo）去上学，路上遇到了举家迁徙的蝠魟，勾起了她对家的向往。患上思乡病却不知道自己身世的多莉决定去寻找自己的父母。在小丑鱼尼莫和他的父亲马林（Marlin）的帮助下，她从澳大利亚大堡礁来到了美国加州海岸，却意外被海洋生物研究所捉走了。在那里，她遇到了很多新朋友，有章鱼、海狮、白鲸。