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……

在一次挖地超人制造的大混乱中，超人家庭大力神巴鲍伯（格雷格·T·尼尔森 Craig T. Nelson配音）和弹力女超人巴荷莉（霍利·亨特 Holly Hunter 配音）和他们的子女巴小倩（莎拉·沃威尔 Sarah Vowell 配音）、巴小飞（赫克·米尔纳 Huck Milner 配音）使出浑身解数，然而不仅不能抓住狡猾的敌人，而且还因为对城市破坏太大而导致失去了政府的支持。此后不久，电信集团大亨温斯顿·狄弗（鲍勃·奥登科克 Bob Odenkirk 配音）通过酷冰侠鲁休斯（塞缪尔·杰克逊 Samuel L. Jackson 配音）找到鲍伯一家，希望将该公司的前沿技术应用到超人身上，更好地维护世界和平。可是狄弗只希望雇佣荷莉，偏偏荷莉大展雄风，成为了所有超人族群的偶像，这可令担任奶爸的鲍伯心有不甘。
而就在此时，神秘对手悄然出现，似乎正试图摧毁荷莉他们所建立的新和平……