Pourquoi Dorie était-elle seule dans la mer lorsqu'elle a rencontré Marlin ? D'où venait-elle et pourquoi parlait-elle si bien le langage des baleines ? Le poisson-chirurgien amnésique ne se souvient de rien et a même oublié ses parents. Jusqu'à ce qu'un accident ravive un souvenir d'enfance. Maintenant, Dorie ne veut qu'une chose : retrouver ses parents. Avec Marlin et Nemo, elle se lance dans un voyage vers un institut de biologie marine sur la côte de Californie. Là, elle est pêchée hors de l'eau et séparée de ses amis. Seule, elle se retrouve dans un aquarium de l'institut. Mais elle se fait un nouvel ami, le poulpe Hank, et retrouve une vieille amie, le requin-baleine Destiny, tandis que Marlin et Nemo suivent leur amie par des chemins inhabituels.