「ファインディング・ニモ」の奇跡の冒険から１年後。カクレクマノミのニモの親友で、何でもすぐに忘れてしまう、忘れんぼうのドリーがただひとつ忘れなかったのは《家族の思い出》。「今度は僕がドリーを助けるよ」、ニモと父マーリン、そしてカメのクラッシュに支えられて、ドリーの家族を探す感動の冒険が始まった！唯一の手がかりは＜カリフォルニア州モロ・ベイの宝石＞。ドリーたちがパパやママを探してたどり着いた先は、海の生き物にとっての禁断の場所＝《人間の世界》だった…。そこで、ドリーは7本足のタコのハンクや、泳ぎが苦手なジンベイザメのデスティニー、自分に自信がないシロイルカのベイリーなど、個性豊かな新しい仲間たちと出会う。ドリーのパパやママはいったいどこに？そして、ドリーはニモやマーリンから別れて行ってしまうのか？

引きこもりのオタク少年アレックスは母親に勧められ、山奥の冒険キャンプ「リム・オブ・ザ・ワールド」に参加することに。そこで彼は、富豪を親に持つお調子者の少年ダリウシュや、中国からやって来た少女ジェンジェン、地元の少年ガブリエルと知り合う。ある日、突如として謎の飛行物体が地上を攻撃。逃げ遅れてキャンプ場に取り残された4人は、偶然出会った瀕死の宇宙飛行士から、地球を救うための“鍵”を託される。凶暴なエイリアンに追われながら、100キロ以上先にあるNASA施設へ鍵を届けるべく、自転車に乗って旅立つ4人だった。