La pesciolina Dory vive felice con mamma e papà in una bella casa tra i coralli. Un giorno, allontanatasi dai suoi genitori, perde l'orientamento e non riesce più a ritrovare la strada di casa. Nessuno sa come aiutarla perché Dory è affetta da un problema di memoria a breve termine e non è capace di dare informazioni utili. Così, a poco a poco, la pesciolina si perde nell'immensità delle acque dell'oceano e non si ricorda più neppure che stava cercando mamma e papà. Qualche tempo dopo, incontra il pesce pagliaccio Marlin, in cerca di aiuto per liberare il figlioletto Nemo, catturato dai sub. Dory ha appena visto passare sulla sua testa il loro motoscafo e si offre di accompagnare Marlin nel lungo viaggio alla ricerca di Nemo. Dopo che finalmente è stato ritrovato, la pesciolina decide di andare a vivere con Marlin e Nemo presso la barriera corallina: i due pesci pagliaccio vanno ad abitare in un anemone, lei in una grotta nel corallo. Un giorno Dory accompagna Nemo a scuola per assistere alla migrazione delle razze. Il Maestro Ray spiega ai suoi alunni che i pesci stanno tornando a casa, il posto da dove sono partiti. A queste parole, Dory improvvisamente si ricorda: anche lei ha una casa da qualche parte, anche lei ha una mamma e un papà! Tanta è l'emozione che perde i sensi. E quando si risveglia le torna in mente il nome del posto in cui abitava... Inizia così la straordinaria avventura che porterà Dory, Marlin e Nemo fino al "Gioiello di Morro Bay", in California. Riuscirà la pesciolina smemorata a ritrovare la strada di casa?
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