Главной героиней мультфильма стала рыбка, которая потеряла родителей. Когда-то подруга Немо воссоединила семейство рыб-клоунов, но сама так и осталась одинокой. Дори страдает провалами в памяти. Недавно у нее в голове появились обрывки из детства. И представительница породы «голубой хирург», решила непременно разыскать маму и папу.
Спустя пять лет после расставания с родителями Чарли и Джени голубая рыбка до сих пор потеряна. Ей не удается вспомнить информацию о себе. Однажды Дори познакомилась с Марлином, попавшим под круизную лодку, и помогла рыбе-клоуну отыскать его маленького сына Немо. Она осталась с новыми знакомыми в Большом Барьерном рифе. Героиня попадает на экскурсию. Мистер Рэй объясняет детям как устроен подводный мир. Один ребенок из класса спрашивает, где же ее дом. Странное словечко вызвало у нее вспышки воспоминаний из прошлого, но они быстро пропадают. Она твердо решила отправиться на поиски родственников. С детства она помнит «жемчужину Морро Бэй, Калифорния». Ее сопровождают Немо и Марлин. За ними увязалась черепаха Краш. Она знает, как добраться в нужное место. Друзья плывут туда и по дороге сталкиваются с умопомрачительными испытаниями. Забывчивая барышня и вся компания оказались в Монтерейском институте океанических исследований, который как-то связан с ее семьей.