患有短期健忘症的多莉（艾伦·德杰尼勒斯 Ellen DeGeneres 配音）曾经也拥有美好的家庭，然而一连串的意外让她与和蔼可亲的父母失散。此去经年，多莉邂逅了小丑鱼父子马林（艾伯特·布鲁克斯 Albert Brooks 配音）和尼莫（海登·罗兰斯 Hayden Rolence 配音），与他们经历了前所未有的大冒险。平静的日子里，童年时期的片段记忆突然闯入多莉的脑海，于是她再度踏上寻找父母的旅程。这一次，她来到了海洋生物博物馆，遇到了不打算回到大海的章鱼汉克（艾德·奥尼尔 Ed O'Neill 配音）以及童年时的朋友鲸鲨运儿（凯特琳·奥尔森 Kaitlin Olson 配音）。循着记忆中的蛛丝马迹，她离父母越来越近。然而在这一过程中，她又和马林父子失散了。对友情、亲情的执着，让这群小家伙无论千难万险也要坚持到底……
演员：广濑铃 菅田将晖 宫野真守 松隆子 花泽香菜 浅沼晋太郎 丰永利行 梶裕贵 三木真一郎 樱井孝宏 根谷美智子 飞田展男 宫本充 立木文彦 斋藤千和 岛村侑 新垣樽助 种崎敦美 井之上润 小原好美 广田悠美 内田修一
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演员：花江夏树 鬼头明里 下野纮 松冈祯丞 日野聪 平川大辅 石田彰 樱井孝宏 小西克幸 早见沙织 铃村健一 关智一 杉田智和 森川智之 佐藤利奈 三木真一郎 桑岛法子 本渡枫 大地叶 小原好美 古贺葵 小山力也 丰口惠美 榎木淳弥 伊濑茉莉也 笠间淳 千本木彩花 江口拓也 山村响 广濑裕也 高桥伸也 秋保佐永子 仲村宗悟 中惠光城
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