Ein Jahr ist vergangen, seit Clownfisch-Vater Marlin seinen verschollenen Sohn Nemo quer durch den ganzen Ozean gesucht hat und dabei tatkräftig von der vergesslichen Doktorfisch-Dame Dorie unterstützt wurde. Die Aufregungen des Abenteuers liegen mittlerweile lange zurück und die Drei sind wie eine kleine Familie. Doch als Dorie eines Tages eine scheinbar unbedeutende Beobachtung macht, schießt es ihr plötzlich durch den Kopf: Wo sind denn eigentlich ihre Eltern abgeblieben? Kleine Bruchstücke ihrer Vergangenheit kommen auf einmal zurück und lassen sie nicht in Ruhe. Für Dorie ist klar: Dieses Mal muss sie sich auf die Suche begeben. Gemeinsam mit Marlin und Nemo macht sie sich auf eine Reise voller Gefahren, die sie bis ins Meeresbiologische Institut in Kalifornien führt. Doch wird sie dort endlich mit ihrer Familie wiedervereint?

Die elfjährige Riley wird plötzlich aus ihrem bisherigen Leben im mittleren Westen gerissen, als ihr Vater einen neuen Job annimmt. Diese berufliche Veränderung bringt die Familie nach San Francisco und die Gefühle der Tochter ganz schön durcheinander. Wie alle Menschen wird auch Riley von ihren Emotionen geleitet: Freude, Angst, Wut, Ekel und Traurigkeit leben im Kontrollzentrum von Rileys Verstand, von wo aus sie dem jungen Mädchen Ratschläge erteilen und ihr zur Seite stehen. Doch nach dem Umzug haben Riley und ihre Gefühle Probleme mit dem Leben in der fremden Stadt und es geht turbulent zu in der innerlichen Kommandozentrale ihrer Emotionen. Obwohl Freude versucht, positiv zu bleiben, kriegen sich die Gefühle darüber in die Köpfe, wie sie Riley am besten durch den veränderten Alltag in der neuen Stadt, dem neuen Haus und der neuen Schule navigieren.

Auf dem Planeten Baab ist der Astronaut Scorch Supernova ein gefeierter Held. Bei seinen waghalsigen Abenteuern steht ihm sein Bruder Gary zur Seite, der sich jedoch lieber an die Vorschriften hält, als sich Hals über Kopf in die Gefahr zu stürzen. Als von einem fernen Planeten SOS-Zeichen gesendet werden, zögert Scorch keine Sekunde - und tappt direkt in die Falle seines Widersachers Shanker. Jetzt bleibt Gary nichts anderes übrig, als selbst aktiv zu werden.

Blu und Jewel verlassen in "Rio 2" gemeinsam mit ihren drei Kindern das sichere Zuhause, weil Jewel der Meinung ist, dass die lieben Kleinen lernen sollten, wie richtige Vögel zu leben. So landet die Familie schließlich am Amazonas, einem Ort, der Blu vollkommen fremd ist. Blu ist darum bemüht, sich mit seinen neuen Nachbarn anzufreunden und sich in der neuen Umgebung einzuleben. Er macht sich jedoch auch Sorgen, Jewel und die Kinder zu verlieren, sobald sie in der Wildnis heimisch werden. Von zwei Seiten droht aber noch deutlich größere Gefahr: Zum einen ist da Blus Schwiegervater, mit dem er auf keinen grünen Zweig kommt - und zum anderen Nigel, der einen hinterhältigen Racheplan ausgeheckt hat...

Der kleine Remy träumt davon, ein berühmter Chefkoch zu werden. Dabei hat er nicht nur mit den Vorurteilen seiner Familie zu kämpfen, sondern auch mit dem offenkundigen Problem, dass es sich bei dem angepeilten Berufszweig um ein eher nagetierfeindliches Gewerbe handelt: Remy ist eine Ratte! Als das Schicksal Remy nach Paris verschlägt und er ausgerechnet im Restaurant von Star-Koch Auguste Gusteau - seinem großen Idol - landet, erfährt er am eigenen Fell, welche Gefahren Haute Cuisine für einen kleinen Nager mit sich bringt. Doch als der Küchenjunge Linguini zufällig Remys spektakuläre Kochkünste entdeckt, wendet sich das Blatt: Die beiden tun sich zusammen und bringen so eine Reihe spannender und urkomischer Ereignisse ins Rollen, die schon bald die kulinarische Welt von Paris in helle Aufruhr versetzen.