Dory vive felicemente sulla barriera corallina insieme a Nemo e Marlin: è passato un anno dall'avventura che cambiò le loro vite. Quando si ricorda improvvisamente di avere una famiglia che forse la sta cercando, Dory parte insieme a ai suoi amici per una straordinaria avventura attraverso l'oceano che la condurrà fino al prestigioso Parco Oceanografico, in California: un acquario che è anche un centro di riabilitazione. Per riuscire a trovare sua madre e suo padre, Dory chiederà aiuto ai tre abitanti più stravaganti del PO: Hank, un irascibile polpo che tenta continuamente la fuga, Bailey, un beluga convinto di avere un sonar difettoso, e Destiny, uno squalo balena miope. Esplorando con destrezza le complesse regole del Parco Oceanografico, Dory e i suoi compagni di avventura scopriranno l'amicizia, il senso della famiglia e la magia che si cela nei loro difetti.