Ett år efter att Marvin och Doris simmade tvärs över havet och hittade Nemo, lever de fortfarande lyckligt bland de vackra korallreven. En dag följer Doris med Nemos klass på en skolutflykt, för att se stingrockorna lämna sina hem och söka sig till nya vatten. De lär sig om flyttinstinkter och hur vissa djur har en inbodd kunskap som hjälper dem att alltid hitta hem igen. Utflykten väcker Doris slumrande minne till liv och plötsligt kommer hon ihåg: Hon har en familj! Tillsammans med sina vänner ger hon sig av för att leta efter sina föräldrar.