Det har gått ungefär ett år sedan Nemos äventyr och glömska Doris lever ett härligt liv vid revet tillsammans med Nemo och Marvin. Plötsligt en dag minns att hon att hon har en familj, som kanske letar efter henne. Tillsammans beger sig trion av på ett äventyr över havet mot Kalifornien och det berömda Marinlivsinstitutet med dess stora akvarium. För att hitta sina föräldrar tar Doris hjälp av akvariets spektakulära innevånare.