Nemo ve Marlin’le beraber mutlu mesut yaşayan, herkesin sevdiği unutkan mavi Tang balığı Dori aniden ailesinin kendisini arıyor olabileceğini anımsayınca Marlin ve Nemo alarak ummanı aşar ve Kaliforniya’nın saygın rehabilitasyon merkezi ve akvaryumu olan Deniz Hayat Enstitüsü'ne gider.
Annesiyle babasını bulmaya çalışan Dori, DYE’nin üç enteresan sakininin yardımına müracaat eder. Bunlar, sık sık çalışanlardan kaçıp duran aksi ahtapot "Hank", eko-konumlama yeteneğinin düzgün çalışmadığını düşünen bir Beluga balinası "Bailey" ve miyop bir balina köpekbalığı olan "Destiny"'dir.
Enstitünün karmaşık iç yüzünü araştıran Dori ve arkadaşları, kusurlarının, arkadaşlıklarının ve ailenin sihrini keşfedecekleri, hayatlarını değiştirecek bir serüvene atılırlar.

Yönetmenliğini Stanton’ın (Kayıp Balık Nemo,Vol.i) ve yardımcı yönetmenliğini Angus MacLane’in (Oyuncak Hikayesi Baş Belasına Karşı) yaptığı filmin baş yapımcısı ise John Lasseter. Film müzikleri ise tanınmış kişi bestekar Thomas Newman'a (Casuslar Köprüsü,Vol-i, Kayıp Balık Nemo Nemo) ait.

Filmin seslendirme kadrosu oldukça geniş. Ellen DeGeneres ve Albert Brooks sevilen balık Dori ve Marlin olarak karşımıza çıkıyor. Ed O’Neill yedi kollu Hank’i seslendirirken Kaitlin Olson balina köpekbalığı Destiny’yi ve Ty Burrell de beluga balinası Bailey’i seslendiriyor. Dori’nin ebeveynleri Charlie ve Jenny’yi de Eugene Levy ve Diane Keaton seslendiriyor. 12 yaşında olan Hayden Rolence da (“Beta Persei”) Nemo’yu seslendiriyor.