患有短期健忘症的多莉（艾伦·德杰尼勒斯,Ellen,DeGeneres,配音）曾经也拥有美好的家庭,然而一连串的意外让她与和蔼可亲的父母失散。此去经年,多莉邂逅了小丑鱼父子马林（艾伯特·布鲁克斯,Albert,Brooks,配音）和尼莫（海登·罗兰斯,Hayden,Rolence,配音）,与他们经历了前所未有的大冒险。平静的日子里,童年时期的片段记忆突然闯入多莉的脑海,于是她再度踏上寻找父母的旅程。这一次,她来到了海洋生物博物馆,遇到了不打算回到大海的章鱼汉克（艾德·奥尼尔,Ed,O‘Neill,配音）以及童年时的朋友鲸鲨运儿（凯特琳·奥尔森,Kaitlin,Olson,配音）。循着记忆中的蛛丝马迹,她离父母越来越近。然而在这一过程中,她又和马林父子失散了。对友情,亲情的执着,让这群小家伙无论千难万险也要坚持到底……
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