Quando Dory repentinamente se lembra de que tem uma família em algum lugar que pode estar procurando por ela, ela, Marlin e Nemo embarcam numa aventura cruzando o oceano em direção ao prestigioso Instituto da Vida Marinha (IVM) na Califórnia. Em uma tentativa de seus pais, Dory conta com a ajuda de três dos residentes mais intrigantes do IVM: Hank, um polvo briguento que frequentemente dá um perdido nos funcionários; Bailey, uma baleia branca que está convencida que suas habilidades de ecolocalização não funcionam mais; e Destiny, um tubarão baleia míope.