患有短期健忘症的多莉（艾倫·德傑尼勒斯 Ellen DeGeneres 配音）曾經也擁有美好的家庭然而一連串的意外讓她與和藹可親的父母失散此去經年多莉邂逅了小醜魚父子馬林（艾伯特·布魯克斯 Albert Brooks 配音）和尼莫（海登·羅蘭斯 Hayden Rolence 配音）與他們經曆了前所未有的大冒險平靜的日子裏童年時期的片段記憶突然闖入多莉的腦海於是她再度踏上尋找父母的旅程這一次她來到了海洋生物博物館遇到了不打算回到大海的章魚漢克（艾德·奧尼爾 Ed O'Neill 配音）以及童年時的朋友鯨鯊運兒（凱特琳·奧爾森 Kaitlin Olson 配音）循著記憶中的蛛絲馬跡她離父母越來越近然而在這一過程中她又和馬林父子失散了 　　對友情、親情的執著讓這群小家夥無論千難萬險也要堅持到底……