Quando Dory repentinamente se lembra de que tem uma família em algum lugar que pode estar procurando por ela, o trio embarca em uma aventura que vai mudar suas vidas cruzando o oceano em direção ao prestigioso Instituto da Vida Marinha (IVM) na Califórnia, um centro de reabilitação e aquário. Em uma tentativa de encontrar sua mãe e pai, Dory conta com a ajuda de três dos residentes mais intrigantes do IVM: Hank, um polvo briguento que frequentemente dá um perdido nos funcionários; Bailey, uma baleia branca que está convencida que suas habilidades de ecolocalização não funcionam mais; e Destiny, um tubarão baleia míope. Navegando habilmente pelo intrincado funcionamento interno do IVM, Dory e seus amigos descobrem a mágica que existe em seus defeitos, sua amizade e família.