Die vergessliche Paletten-Doktorfischdame Dorie, die Clownfischvater Marlin auf seiner Suche nach Sohn Nemo tatkräftig unterstützt hat, wohnt nun bei ihren Freunden im Korallenriff. Ihr Gedächtnis bereitet ihr noch immer Schwierigkeiten. Eines Tages fragt sie sich, wo denn eigentlich ihre Eltern abgeblieben sind. Gemeinsam mit Nemo und Marlin begibt sie sich auf die abenteuerliche Suche, die sie bis ins Meeresbiologische Institut in Kalifornien führt.