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.

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.