ความเดิมที่แล้ว...มีนานุช (ลักษณ์นารา เปี้ยทา) และมัสยา (วิชุดา พินดั้ม) ตัดสินใจกลับบ้าน เพราะรู้ว่า “มนุษย์และนางเงือกไม่มีทางรักกันได้” ทำให้ชลนที (ฐากูร การทิพย์) ต้องตัดใจให้คนรักจากไป และเลือกที่จะสานต่ออุดมการณ์อุทิศตนเพื่อดูแลท้องทะเลไทยต่อไป... แต่แล้วเรื่องราวไม่คาดฝันก็เกิดขึ้นเมื่อเปลือกโลกใต้มหาสมุทรเคลื่อนตัวอีกครั้ง ทำให้ “มัจฉาฉาน” (พัทธนันท์ ธัญมาตรกิจ) เงือกน้อยแสนซนหนีมายังชายทะเลไทยด้วยความอยากรู้ว่า โลกมนุษย์นั้นเป็นอย่างไร?

มัจฉาฉานแอบขึ้นฝั่งไปเจอกับนีโม่ (วาศิตา แฮเมเนา) ลูกสาวของเจ๊กั้ง (ราตรี วิทวัส) เจ้าของร้านอาหารตามสั่งนีโม่และเพื่อนๆ ปลาดาว, แพลงตอน, ม้าน้ำ มาทัศนศึกษา ก็พามัจฉาฉานกลับไปด้วยเพราะคิดว่าเป็นเพื่อนในโรงเรียน แต่พอรู้ว่าไม่ใช่ นีโม่ก็พากลับบ้าน จนรู้ว่ามัจฉาฉานเป็นนางเงือก แต่ก็ช่วยปิดเป็นความลับและยังช่วยดูแลอย่างดี

ณ ศูนย์วิจัยทรัพยากรทางทะเล ชลนทีทำงานตามอุดมการณ์เขาพบกับเพื่อนร่วมงานใหม่ อย่าง วารินทร์ (เอสเธอร์ สุปรีย์ลีลา) สาวที่มีอุดมการณ์รักษ์ท้องทะเลเช่นเดียวกันเธอแอบชอบชลนที และยังมี ริวกิว (ศุภชัย สุวรรณอ่อน) เพื่อนคู่หูของชลนที หนุ่มจอมกวนที่หายใจเข้า ออกเป็นทะเล, ปูนิ่ม (ภัณฑิลา ฟูกลิ่น) สาวห้าวประจำศูนย์วิจัย ลุยไหนลุยนั่น สู้ไม่ถอย นอกจากนี้ยังมีหัวหน้าอย่าง มหาสมุทร หรือ พี่หมุด (วิชัย จงประสิทธิ์พร) ที่น้องๆรักแต่ไม่ค่อยจะเคารพเท่าไหร่อยู่อีกคน

มีนานุชรู้ว่ามัจฉาฉานหายไปมาตามหาที่โลกมนุษย์ แต่ก็คลาดกันเพราะนีโม่คอยช่วยเหลือทั้งยังมีปลาดาว ที่รู้เรื่องและรับปากว่าจะช่วยปิดเรื่องนี้เป็นความลับนีโม่และปลาดาวไม่อยากให้มัจฉาฉานกลับบ้านใต้ทะเล พยายามสอนให้มัจฉาฉานได้เรียนรู้โลกมนุษย์ พาไปโรงเรียนด้วย เงือกน้อยเรียนรู้การเป็นมนุษย์ได้อย่างรวดเร็วและมีความสุขกับเพื่อนมนุษย์ที่บ้านพักเจ้าหน้าที่ศูนย์วิจัย มีนานุชมาพักอยู่กับชลนที เขาอดที่จะแสดงออกไม่ได้ว่ายังรักมีนานุชสุดหัวใจ ทำให้วารินทร์น้อยใจที่มีนานุช แฟนเก่าของชลนทีกลับมาหา