Det er gått ett år siden Marlin og Dory krysset havet på leting etter Nemo, og nå lever alle de tre fiskene et godt liv på korallrevet. En dag blir Dory med Nemos klasse på utflukt for å se på pilskatene som migrerer. Klassen lærer om hvordan instinktet forteller skatene hvilken vei de skal velge, og at mange dyr har en slags innebygget radar som alltid viser dem riktig vei hjem. Utflukten vekker gamle minner hos Dory, og hun husker noe veldig, veldig viktig: Hun har en familie! Sammen legger de tre vennene ut på ferden for å finne Dorys familie.