Dory
La protagonista del filme es un pez cirujano de color azul, que en la primera película ya destacaba ante el público por sus constantes pérdidas de memoria a corto plazo. En esta ocasión, la necesidad de descubrir su pasado hará que el alegre pez vaya en busca de aventuras. Ellen DeGeneres pone voz al personaje en la versión original y Anabel Alonso en el doblaje al español.
Marlin y Nemo
Los dos peces payaso, padre e hijo, continúan su vida un año después de las aventuras vividas en Buscando a Nemo. Ambos viven en un arrecife de coral donde Nemo acude a clase. Las ansias de aventuras de Marlin son nulas, a pesar de lo cual su lealtad hará que se recorra el océano para ayudar a su amiga Dory. Su hijo no se separará en ningún momento de él. La voz original de Marlin es la de Albert Brooks (The little prince), mientras que la voz de Nemo es de Hayden Rolence.
Hank
Es un pulpo que perdió uno de sus tentáculos, por lo que su humor se volvió muy desagradable. El animal es experto en camuflarse y será el primero en acoger a Dory en el Instituto de Biología Marina. Un acercamiento interesado, debido a que Hank quiere escapar de allí también. La voz original es del actor Ed O’Neill (Modern Family).
Destiny
Es un tiburón ballena con un gran corazón. Destiny vive en el Instituto de Biología Marina donde está avergonzada de su mala vista. Dory pronto le ayudará y le hará ver que no hay ningún problema. Además, las dos amigas compartirán algo que las unirá mucho: las dos hablan balleno. La voz original pertenece a Kaitlin Olson (Vacaciones).
Bailey
Es una ballena beluga que vive en el Instituto de Biología Marina, donde está convencida de que su sonar biológico está roto. Los dramas constantes del animal empezarán a fastidiar a sus compañeros. La llegada de Dory hará que lleve a cabo una serie de ideas desastrosas. La voz original es del actor Ty Burrel (Modern Family).
Jenny y Charlie
Son los padres de Dory, que buscan proteger y enseñar a su hija única. Jenny es un personaje algo frívolo que, sin embargo, solo busca la protección de su hija. Por su parte, Charlie es un bromista que intenta ayudar a la protagonista con sus problemas de memoria. Las voces originales de los personajes son de Diane Keaton (Navidades, ¿bien o en familia?) y Eugene Levy (Madea's Witness Protection).
Fluke y Rudder
Son una pareja de leones marinos que vive en el Instituto de Biología Marina, donde Marlin y Nemo les conocen mientras están durmiendo. Ambos disfrutan de su tiempo libre y llevan muy mal que los despierten, por lo que hay que tener mucho cuidado. Ponen voz a los personajes Idris Elba (Prometheus) y Dominic West (Money Monster).
Sr. Ray
Es un pez raya que se encarga de las clases del arrecife y también es de lo más cantarín. Dory adora las clases del maestro, por lo que no se pierde ni una y hace de ayudante de él durante las excursiones. La voz original pertenece a Bob Peterson (Toy Story 3).
Becky
Es una gavia a la que le encanta Marlin. La inteligencia del ave hará que el pez payaso desconfíe de ella. Su voz es interpretada por Torbin Bullock (Cars).
Crush
Crush es una tortuga que lleva recorriendo los mares desde hace cientos de años. Su experiencia en la vida y su inestimable ayuda sacará a los protagonistas de más de un apuro. La voz original pertenece a Andrew Stanton (WALL-E. Batallón de limpieza), director de la película y de Buscando a Nemo.
Squirt
Squirt es el hijo de Crush, una tortuga joven y alegre que se encuentra en constante aprendizaje sobre la vida en el mar. Bennett Dammann pone la voz original al personaje.
Las nutrias
Son unos personajes adorables que harán que el público esté encantado con ellos. Sin embargo, detrás de ellas se esconde un carácter muy sinvergüenza.
