Al comenzar la película, se nos vuelve a presentar a los personajes de la primera película. Sawyer, el chico que una vez fue decisivo para salvar a "Winter", es ahora un empleado integral en el Acuario Marino de Clearwater, y está formando a nuevos voluntarios en el acuario. Este no es el mismo acuario que vemos en la primera película. Ahora es un acuario más grande, más moderno y mejor financiado.

En la apertura de la película, se nos presenta un nuevo delfín llamado "Mandy". El Acuario Marino de Clearwater (CMA) ha rescatado a Mandy después de que ésta quedara varada cerca de una playa y fuera descubierta por una niña. Mandy tiene una fuerte quemadura de sol y algunos problemas respiratorios por haber estado varada al sol demasiado tiempo con su espiráculo casi expuesto. Mandy está siendo rehabilitada en el CMA.

Winter tiene una amiga en el CMA llamada Savannah. Al igual que Winter, Savannah no puede volver al océano. Savannah es sorda y bastante mayor para ser un delfín. Se espera que tenga al menos 40 años. Se alude a que Savannah tiene algunos problemas de salud y parece, por las acciones erráticas de Winter, que está preocupada por su amiga delfín Savannah.

En el lado humano de la película, un profesor de Boston se acerca a Sawyer para que se una a un programa de élite de Semestre en el Mar durante tres meses. Sólo un estudiante de secundaria al año es seleccionado para este programa. El programa cuenta con una beca completa y su familia está encantada de que tenga esta oportunidad. Sawyer no está seguro de querer ir. Le preocupa dejar a Winter durante un largo periodo de tiempo.

Cuando Sawyer regresa al acuario, encuentran a Savannah muerta en el fondo de su tanque. Su muerte se produjo muy rápidamente, pero no es una sorpresa total debido a su avanzada edad. Todos los empleados de CMA están muy afectados. Sin embargo, la muerte es la más dura para Winter. Winter deja de comer mucho y rechaza su cola protésica. Su salud empieza a deteriorarse por estos motivos. Las pruebas demuestran que está sometida a estrés.

Un inspector del USDA viene a visitar CMA y a comprobar los animales. Le impone al Dr. Clay una infracción por mantener a Winter aislada y por el deterioro de su salud. Emite como requisito que el Dr. Clay empareje a Winter con otro delfín hembra en un plazo de 30 días. Mientras tanto, Winter sigue siendo muy infeliz. Cuando Sawyer intenta sacarla del tanque para que le pongan un nuevo yeso en la cola, Winter se pone agresiva y golpea a Sawyer, hiriéndole en la muñeca y haciéndole un moratón en la cara. El Dr. Clay ordena a Sawyer que deje de nadar con Winter.

Todos en el CMA apuestan por emparejar a Winter con Mandy para satisfacer al USDA y mejorar la salud de Winter. Sin embargo, Mandy ha mejorado mucho y tiene un certificado de buena salud. El Dr. Clay dice que Mandy puede ser devuelta al océano. La hija del Dr. Clay, Hazel, está descontenta porque no quiere que Winter sea trasladada. Quiere que Mandy se quede con Winter durante un corto periodo de tiempo para evitar que sea trasladada, aunque pueda volver al océano. El Dr. Clay deja claro que el objetivo de CMA es "Rescatar, Rehabilitar, Liberar". Moralmente no pueden retener a Mandy cuando podría volver al océano. Tiene que tomar la decisión de devolver a Mandy al océano, aunque queda claro que al hacerlo Winter será trasladada a un parque marino en Texas. Mandy es devuelta al océano y Hazel da un paso adelante para asumir un papel clave en su regreso.

Hazel y Sawyer rompen la regla del Dr. Clay y nadan con Winter. El delfín parece haber mejorado. Ya no es agresiva. Sawyer y Hazel creen que está mejorando. El Dr. Clay dice que será trasladada de todos modos.

La madre de Sawyer organiza una fiesta para felicitarlo por haber sido elegido para el Semestre en el Mar. Quiere empujarlo a tomar una decisión. Sawyer aún está muy afectado por lo de Winter. Durante la fiesta, el Dr. Clay recibe una llamada. Un delfín hembra juvenil ha sido rescatado y se dirige al hospital. Todos abandonan la fiesta y corren al CMA para preparar la llegada del delfín. El Dr. Clay, Sawyer, Hazel y los entrenadores saben que esta es la esperanza para mantener el invierno en el CMA. Llaman al pequeño delfín "Esperanza".

Como nota de humor a la historia principal, el equipo también rescata a una tortuga marina que estaba atascada en un hilo de pescar. El molesto pelícano Rufus parece obsesionado con esta tortuga marina llamada Mavis. Rufus sigue a la tortuga marina a todas partes, incluso a un hospital para humanos donde le hacen una tomografía. Cuando Mavis es liberada en el océano, Rufus vuela sobre ella mientras nada hacia el mar.

El Dr. Clay consiguió una prórroga para evitar que Winter fuera trasladada con la incorporación de Hope en el CMA. La primera vez que ponen a los dos delfines juntos, la ecolocalización de Hope detecta que Winter no tiene cola y se mueve de forma diferente. Esto hace que Hope se sienta amenazada y nade agresivamente. Winter hace lo mismo. El Dr. McCarthy diseñó otra cola protésica para Winter que parece aún más realista que su cola anterior. En su segundo encuentro, Winter lleva la cola. Los dos delfines se llevan bien. Todos se alegran de que Winter pueda quedarse en el CMA ahora que tiene una amiga y ya no estará aislada y sola.

Con la mejora de Winter, Sawyer decide hacer el Semestre en el Mar. Hazel suelta globos para él cuando se va y le dice lo mucho que le echará de menos. Al terminar los créditos, volvemos a ver las interacciones entre Winter y las personas reales que utilizan prótesis. La surfista Bethany Hamilton hace un cameo en la película como partidaria de Winter.