니모를 함께 찾으면서 절친이 된 도리와 말린은 다시 고향으로 돌아가 암초 속에서 평화롭고 행복한 일상을 보낸다. 그러던 어느 날, 건망증이 심한 도리는 깊은 기억 속에 숨어 있던 '가족'의 존재를 떠올리고, 니모와 말린과 함께 가족을 찾아 일생일대의 모험을 떠나게 된다. 험란한 모험 중에 도리는 해양생물연구소 직원들에게 납치를 당하고, 이곳에서 성미가 고약한 문어 '행크,' 흰고래 '베일리,' 그리고 가까운 것만 볼 수 있는 고래상어 '데스트니'를 만나는데… 도리는 과연 부모님을 찾을 수 있을까? 깊은 바닷속에서 스펙터클한 모험이 시작된다!
