美人鱼爱丽儿和王子埃里克结婚后过着幸福美满的生活，不久，两人的女儿麦乐迪也出生了。小家伙天性调皮，和妈妈正好相反的是，她一直向往着海底绚丽多彩的世界，爱丽儿也一直没有告诉她自己的身世。上一集企图加害爱丽儿的巫婆的妹妹莫嘎纳为了帮姐姐报仇，骗麦乐迪说能帮她变成美人鱼，乐不可支的麦乐迪就这样跟着莫嘎纳前往了海底。丢失了爱女的爱丽儿和埃里克异常焦急，为了寻找爱女下落，爱丽儿决定重回大海。
艾瑞尔和埃里克在海上的一艘船上庆祝他们的女儿梅洛迪的出生，这是两个世界中出生的第一个孩子。爱丽儿的父亲特里顿国王送给梅洛迪一个魔法挂坠盒。聚会被乌苏拉的妹妹莫甘娜打断，她威胁要让美乐蒂喂她的宠物虎鲨Undertow ，除非特里顿将他的三叉戟交给她。莫甘娜随后宣布她计划使用三叉戟为乌苏拉报仇并占领海洋。艾瑞尔和埃里克联手挫败了莫甘娜的计划，而特里顿则将暗流缩小到了食人鱼的大小。莫甘娜逃脱了，躲避了特里顿国王军队的追捕，并宣称有一天她会向爱丽儿和特里顿报仇，并为乌苏拉报仇。由于害怕莫甘娜并想起乌苏拉，爱丽儿决定，在莫甘娜被抓获之前，他们必须向梅洛迪隐瞒有关海洋世界及其遗产的所有知识，以保护她。特里同将挂坠盒扔进海里，并建造了一堵巨大的墙将皇家城堡与大海隔开。特里顿指派塞巴斯蒂安看守梅洛迪。
十二年后，梅洛迪仍然不知道她母亲的美人鱼遗产，并被禁止进入大海。然而，她经常偷偷溜出城堡去游泳，有一天发现了挂坠盒。梅洛迪看到挂坠盒上有她的名字，向她母亲询问此事，但爱丽儿与梅洛迪对峙并禁止她下海。梅洛迪对母亲拒绝回答她的问题感到沮丧，她偷了一艘小船离家出走。旋律被Undertow发现，并带她直接找到了莫甘娜。无奈之下，塞巴斯蒂安告诉艾瑞尔和艾瑞克，梅洛迪出海了。与此同时，美乐蒂遇到了莫甘娜，后者透露美乐蒂的背景是海洋，并利用乌苏拉的魔法残余将美乐蒂变成了美人鱼。特里顿准备搜寻队伍，并被爱丽儿和埃里克说服，用他的三叉戟将爱丽儿变回美人鱼，以帮助寻找美乐蒂。艾丽尔在大海中寻找梅洛迪，后悔没有与她分享自己的遗产，而梅洛迪探索她作为美人鱼的新能力，并强烈感觉她注定是大海的一部分。
梅洛迪拜访莫甘娜感谢她，莫甘娜却告诉梅洛迪这个咒语只是暂时的，只有当梅洛迪从特里顿那里取回三叉戟时，她才能使这个咒语永久化，莫甘娜说这是他从她那里偷来的。梅洛迪决定拿到三叉戟，在寻找过程中，她与企鹅和海象二人组蒂普和达什成为了朋友。梅洛迪成功偷走了三叉戟，并回到莫甘娜身边，但在梅洛迪将三叉戟交给莫甘娜之前，爱丽儿赶到并恳求梅洛迪不要把三叉戟交给莫甘娜。美乐蒂拒绝听爱丽儿的话，因为爱丽儿决定对她撒谎而生气，并将三叉戟交给莫甘娜。凭借三叉戟的力量，莫甘娜揭露了自己的真实意图，并用厚厚的冰封住了入口，将美乐蒂困在了一个山洞里，同时还告诉她，她作为美人鱼的时间即将到期。不久之后，莫甘娜对梅洛迪的魔咒消失了，导致她变回人类并差点被淹死。蒂普和达什设法解救了她并将她拖到岸边。
莫甘娜使用三叉戟的魔法称霸海洋，并浮出水面幸灾乐祸。斯卡特尔、特里同、塞巴斯蒂安和埃里克到达，随后与莫甘娜和她的爪牙展开了一场战斗。梅洛迪设法抓住三叉戟并将其扔回特里同，后者将莫甘娜包裹在一块冰块中，冰块沉入水下。梅洛迪与家人团聚，特里顿为他的孙女提供了永久成为美人鱼的选择。相反，梅洛迪用三叉戟摧毁了将她的家与大海隔开的墙，使人类和人鱼重新团聚。