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...

科米蛙将面对最大的挑战：布偶团正在进行欧洲巡演，到达了柏林、马德里、伦敦等令人兴奋的城市。但很快一个和科米蛙长得几乎一模一样，却操着一口带有浓重俄国口音英语的青蛙大盗康斯坦丁，摇身一变，和他的搭档多米尼克(瑞奇·热维斯饰演)混入了布偶团，而可怜的科米蛙则被蒂娜·菲饰演的狱警娜佳打入大牢，身陷囹圄。此外，《摩登家庭》男星泰·布利尔将饰演国际刑警，调查这桩奇怪的案件。...