Acţiunea are loc la aproximativ un an de la întâmplările din filmul original „Finding Nemo / În căutarea lui Nemo”. Când Dory îşi aduce aminte deodată că are o familie undeva, care s-ar putea să o caute, porneşte alături de Nemo şi Marlin într-o aventură care le va schimba viaţa. Ei merg de-a lungul Oceanului până la prestigiosul Institut al Vieţii Marine din California, un centru de reabilitare şi acvariu. Încercând să-şi găsească mama (vocea lui Diane Keaton) şi tatăl (vocea lui Eugene Levy), Dory îi implică pe trei dintre cei mai ciudaţi locuitori ai Institutului: Hank (vocea lui Ed O’Neill), o caracatiţă arţăgoasă care se descotoroseşte frecvent de angajaţi, Bailey (vocea lui Ty Burrell), o balenă albă care e convinsă că sonarul său biologic e stricat, şi Destiny (vocea lui Kaitlin Olson), un rechin-balenă miop. Navigând cu abilitate mecanismele interne complexe ale Institutului, Dory şi prietenii săi descoperă magia din defectele lor, prietenii şi familie.