大伙儿最喜爱的、健忘的多莉（艾伦·德杰尼勒斯EllenDeGeneres配音）回来了！这次她将与好朋友尼莫（海登·罗兰斯HaydenRolence配音）与马林（艾伯特·布鲁克斯AlbertBrooks配音）一起，寻寻她的奇异过去和她遗失的家庭。她能记起来什么？她的父母是谁？还有，她是从哪儿学会了讲鲸语？多莉与马林、尼莫一起开启了这场改变“鱼”生的大冒险，穿越大洋至加州闻名的海洋生物研究所。在那个地点，多莉获得了三位有味居民的鼎力支持：一只脾气暴躁、经常让研究所雇员寻得团团转的章鱼汉克（艾德·奥尼尔EdO'Neill配音）；一头坚信自己的生物声呐技能出咨询题了的白鲸贝利（泰·布利尔TyBurrell配音）；以及一头严峻近视眼的鲸鲨运儿（凯特琳·奥尔森KaitlinOlson配音）。当多莉和朋友们在研究所错综复杂的内部水道中辗转前行时，她也逐渐对友谊、亲情和家庭的奥义有了更深刻的认识……