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……
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高山南 山崎和佳奈 小山力也 山口胜平 日高法子 林原惠美 岩居由希子 高木涉 大谷育江 绪方贤一 家弓家正 一城美由希 梁田清之 茶风林 井上和彦 置鲇龙太郎 汤屋敦子 千叶一伸 中井和哉 大塚周夫 辻亲八 松本大 岸尾大辅 浦山迅 大西健晴 莲池龙三 柚木凉香 甲斐田雪 半场友惠 柳泽荣治 吉田真 赤星宪广 福士苍汰 池田秀一
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