Dory woont samen met Marlin en Nemo in het rif. Als ze op een schoolreisje gaat, wordt ze ’s ochtends met een schok wakker! In haar droom kwamen allerlei dingen uit haar jeugd naar boven en ze herinnert zich nog iets! Het lijkt onmogelijk, maar het is waar! En nu wil ze antwoorden over haar verleden. Wie zijn haar ouders? Waar kwamen ze vandaan? En waar leerde ze ooit met walvissen te praten?

Samen met haar vriendjes Nemo en Marlin besluit Dory het diepe in te duiken om op zoek te gaan naar haar vergeten verleden. Een spannende reis die ze helemaal naar Californië brengt en waarop ze allerlei nieuwe zeewezens ontmoet. De walvis Bailey, Hank de octopus en de walvishaas Destiny: allemaal helpen ze Dory bij haar zoektocht naar haar verleden. En samen leren ze een paar dingen over de ware betekenis van familie.