故事发生在尼莫与马林团聚一年后。一向乐天却患有短期记忆障碍的多莉，在魟鱼迁徙课上突然被记忆闪回击中，想起了自己慈爱的父母。悔恨交加的多莉决定独自穿越太平洋，前往美国加州海岸的“珠宝博物馆”寻找家人。马林和尼莫义无反顾地跟随其后。在路途中，多莉遇到了性格古怪的章鱼汉克、声纳系统失灵的白鲸贝利以及热心过头的鲸鲨运儿。在充满人类设施的危险海域，多莉必须依靠自己模糊的记忆碎片和意外爆发的求生本能，解开身世之谜，证明即便是健忘者，也拥有深爱与被爱的能力。
皮克斯再次展现了其制造催泪弹的能力。虽然主线是寻亲，但影片对“残疾”与“缺陷”的探讨极具深度。视觉效果在水下光影的运用上达到了新的高度，章鱼汉克的伪装戏份堪称动画技术力的完美体现。
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