Unutkanlığıyla tanınan Dori, yıllardır hatırlayamadığı geçmişine dair önemli bir anıyı bir anda geri kazanır. Bu anı, onun ailesinin hâlâ bir yerlerde yaşadığı ve kendisini bulmaya çalışıyor olabileceği düşüncesini doğurur. Bunun üzerine Dori, Marlin ve Nemo ile birlikte ailesinin izini sürmek için okyanusu aşarak Kaliforniya’ya gider. Aradıkları yer, deniz canlılarının tedavi edildiği ve ziyaretçilere açık olan Deniz Yaşam Enstitüsü’dür. Dori burada kaçış planları yapan Hank, yeteneklerinden emin olmayan Bailey ve görme problemi nedeniyle zorlanan Destiny ile tanışır. Üç yeni arkadaşının yardımıyla ailesine ulaşmaya çalışan Dori, karşısına çıkan engelleri aşarken geçmişiyle ilgili pek çok şeyi yeniden öğrenir. Bu süreç, onun için yalnızca ailesini bulacağı bir yolculuk değil, aynı zamanda kendisini keşfedeceği unutulmaz bir serüvene dönüşür.