Den glemsomme fisk Dory har fundet en ny familie hos Nemo og hans far Marlin. Men Dory begynder at drømme sine forældre og tager nu ud for at finde dem. Hun svømmer gennem det store hav til Californiens Marine Life Institute, hvor hun bl.a. møder blæksprutten Hank, den nærsynede hvalhaj Hope og en hvidhval, som muligvis har en defekt ekkolokalisering.