Dory, le poisson bleu amnésique, décide de partir à la recherche de sa famille dont elle a été séparée enfant, accompagnée de ses amis Nemo et Marin. Se joignent à eux Hank, un poulpe grincheux, Bailey, un béluga complexé par rapport à son sonar biologique et Destiny, un requin-baleine myope. Elle se lance dans une aventure épique pour enquêter sur son passé et retrouver ses parents. Leur voyage va les emmener au Marine Life Institute, un conservatoire qui abrite diverses espèces océaniques.