簡単なあらすじ
1) ドリーは、子供の頃から忘れっぽく、両親は心配していた。そんなある日、母・ジェニーがドリーの行く末を案じて泣いていたところ、ドリーは母の好きな紫色の貝殻をプレゼントして喜ばせようとしていた。だがその時、海流に飲み込まれ、ドリーは両親と離れ離れになってしまう。
2) ドリーは、海洋生物研究所で生まれていた。その中のオープンオーシャンと呼ばれる巨大な水槽に家があった。ドリーは、両親と離れ離れになった後、排水管を通って海へと出ていった。帰り道が分からず、彼女は海の中を漂っていた。
3) 忘れっぽいドリーは、両親を探さなければならないことも忘れてしまっていた。海で成長する中、ドリーはカクレクマノミのマーリンと出会う。ニモを探す大冒険の後も、ドリーは一緒に暮らしていた。そんなある日、ドリーはエイの大群が発生させた海流に飲み込まれ、「両親を探さなきゃ」と思い出す。
4) ドリーは、マーリン、ニモらと海洋生物研究所に向かい、その中を探しまわるがそこに両親はいなかった。ところが、両親は「ドリーは海に行ってしまったに違いない」と思い、海洋生物研究所近くに家を作り、ドリーが辿ってこれるように貝殻を置いて待ち続けていたのだった。
5) ドリーは、マーリンやニモと何度もはぐれてしまうが、ようやく再会できた。そんなドリーは、両親やマーリン、ニモらとともに幸せに暮らすのだった。
起：ドリーの過去
ドリーは、優しい両親とともに暮らしていた。忘れっぽいのは子供の頃からで、かくれんぼをしていても、途中でそのことを忘れてしまう。そんなドリーのことを心配し、両親であるジェニーとチャーリーは、ドリーに注意すべきことなどを歌にして教えていた。
だが、そんなある日、ドリーは両親の元から離れてしまう。どうしてそのようなことになったのか、本人はすっかり忘れてしまっていた。最初は、両親のもとへと帰ろうとしていたが、その内に「何を探していたのか」ということすら忘れてしまっていた。
それからしばらく経ち、すでにドリーは成魚となっていた。そんなある日、ドリーはカクレクマノミのマーリンに出会う。マーリンは、連れ去られてしまったニモを探しており、ニモを連れ戻すために、ドリーは同行することになる。
ニモが無事に帰ってきてから、ドリーはニモたちと一緒に暮らしていた。だがそんなある日、エイの大群が作り出す海流に飲み込まれ、そこで「両親を探していた」のだとドリーは思い出す。
承：両親を探しに
手がかりとなるのは、「カリフォルニア モロ・ベイの宝石」だった。そこに行こうとするのだが、マーリンは心配してそれを止めようとする。だが、ニモはドリーに助けられたこともあり、一緒に探してあげよう、と提案する。
マーリンは仕方なく、ウミガメ・クラッシュの作り出す海流に乗り、一緒にカリフォルニアまで向かう。だが、ついた先では恐ろしいタコがおり、襲われてしまう。必死に逃げて難を逃れるものの、ニモは怯えてしまう。そんなニモをマーリンは心配する。
ドリーは、なぜニモが怯えているのか分からなくなり、なんどもマーリンにたずねてしまう。マーリンは堪らず、「あっちに行って、忘れててくれ。忘れるのは得意だろ？」と言い放ってしまう。
ドリーは傷つきながらも、「助けを呼んでくる」という。そこでドリーは、人間に捕らわれてしまう。彼らは、海洋生物研究所の職員たちであった。海洋生物研究所では、傷ついた魚を捕らえ、保護して海に再び返すという活動を行っていた。
ドリーが向かった先を知り、マーリンたちはドリー救出に向かう。一方、ドリーは水槽にタグをつけられ、保護されていた。そこに7本足のタコ・ハンクが近づいてくる。ハンクは、そのタグを手に入れ、クリーブランドの水族館に行きたいと望んでいたのだった。ハンクは、海での生活に嫌気が差して、水族館で暮らしたがっていたのだ。
ハンクは、ドリーが行きたい場所に連れて行くことを条件に、タグを手に入れようとする。ハンクは、コーヒーポットに水を入れ、ドリーを運ぶ。ドリーは、地図の紫色の貝殻の印がある場所を目指そうとする。そこは、オープンオーシャンと呼ばれる場所だった。
だが、ドリーは目的地を途中で忘れ、エサ用の魚が入ったバケツに入ってしまう。そのエサは、ジンベイザメのデスティニーのものだった。ジンベイザメは、ドリーの幼なじみであり、ドリーがオープンオーシャンに帰ることに協力する。
ドリーは、ベビーカーにハンクとともに乗って、オープンオーシャンを目指す。だが、再び行き先を忘れてしまい、子供たちが多くいる場所へと迷いこんでしまう。ハンクは、子供たちの手を逃れるため、墨を吐いて追い払う。
転：ドリーの故郷
ようやく辿り着いたオープンオーシャンの場所で、ドリーはハンクにタグを渡す。ドリーは、「帰り道を忘れたら、置かれた貝殻を辿ればいい」ということを思い出す。ドリーは、その通りにして自宅へと戻るが、そこには両親はいなかった。
だがそこで、ドリーは両親と離れ離れになった日のことを思い出す。ドリーが夜中に目を覚ますと、母親が泣いていた。すぐになんでも忘れてしまうというドリーの行く末を心配し、母のジェニーは泣いていた。母を喜ばせようと、ドリーはジェニーの好きな紫色の貝殻を渡そうと思ったのだった。
だが、その貝殻を拾う最中、海流に飲み込まれ、流されてしまったのだった。そのことを思い出し、「私が悪かったんだ…」とドリーは思い出す。
ドリーは再び、両親を探すべく、排水管を辿って保護室に向かおうとする。だが、教えられた道順を覚えていられず、迷ってしまう。だが、そのパイプはデスティニーのもとへと繋がっていた。デスティニーは、シロイルカのベイリーが使える「エコロケーション」という力を使って、道案内をする。エコロケーションとは、音の反響を用いて、遠くはなれた場所の様子を知ることができるというものだった。
一方、マーリンとニモは、アシカのフルークとラダーに出会っていた。彼らの紹介で、アビという鳥のベッキーと出会う。ベッキーは、マーリンたちが入ったバケツを運んでくれた。ところが、ベッキーがこぼれたポップコーンに夢中になり、途中ではぐれてしまう。
マーリンとニモは、「ドリーならどうするか…」と考えつつ、困難を乗り越え、水族館内へと入っていく。その途中、パイプの中でちょうどドリーと再会することができたのだった。
ドリー、マーリン、ニモは保護室へと向かう。そこで彼らは、ハンクと遭遇する。ハンクの助けを借りつつ、ドリーは仲間の魚たちに水槽に入る。だが、そこに両親はいなかった。両親がすでに亡くなっているかもしれないと知り、ドリーは絶望する。
トラックが出発しそうになる中、ハンクはドリーを水槽から出す。だが、その時にマーリンとニモを取り出すことができず、再び離れ離れになってしまう。そして、ハンクは職員に捕まえられてしまい、ドリーの入ったビーカーを落としてしまう。ドリーは、排水管を通って、海へと出る。
そこで、ドリーは貝殻がいくつも置かれている場所を発見する。その場所から貝殻を辿っていくと、そこには家らしきものがあった。そこにしばらく留まっていると、そこに両親であるジェニーとチャーリーがやってくる。
ドリーは、両親との再会を喜ぶ。両親は、ドリーが保護室に入ってしまったのだと思い、後を追ったのだった。ところが、そこにもドリーはいなかったそのため、海に出たと思い、その場所でドリーを待ち続けていたのだった。迷ったドリーが辿れるよう、貝殻を道標として置きながら。
結：再会
ドリーは、両親との再会を喜ぶ一方、海洋生物研究所のアナウンスを聞いて、再びマーリンとニモとはぐれてしまったことを思い出す。ジンベイザメのデスティニー、シロイルカのベイリーらに再び力を借り、トラックを追跡する。
ラッコの可愛さで道路を走るクルマを足止めし、さらにはデスティニーの尾びれに乗ってトラックに近づく。ラッコに運んでもらい、ドリーはマーリン、ニモ、ハンクと再び再会することができた。
帰るため、マーリンはベッキーを呼ぶ。ベッキーのバケツに入り、逃げ出すことに成功するが、ドリーはハンクに対して「水族館なんかに逃げず、再び海で暮らすの！」と説得しており、再びはぐれてしまう。
トラックの中に、ドリーとハンクは取り残されてしまう。外に出ることは絶望的かと思われたが、ドリーはトラックの上面にある出入り口を発見。ハンクとともに、外にでる。ハンクは、フロントガラスに張り付き、運転手を外に出す。その隙にトラックに入り、運転を始めてしまう。
ドリーの案内で、ハンクはトラックを運転する。崖からトラックは落下し、次々に魚たちは逃げ出す。一方、ドリーは両親、マーリンやニモと再会することができた。
グレートバリアリーフに戻り、ドリーは両親やマーリンたちとともに暮らすのだった。
