Tiga tahun setelah petualangannya dengan dewa setengah manusia Maui dan dewi pulau Te Fiti, Moana menghabiskan hari-harinya menjelajahi pulau-pulau lain di dekat pulau asalnya Motunui dengan harapan menemukan orang-orang yang terhubung dengan laut.
Dalam sebuah penglihatan, leluhurnya, Tautai Vasa, mengungkapkan mengapa tidak satu pun dari orang-orang itu yang terhubung lagi: dewa badai jahat Nalo menginginkan kekuasaan atas manusia, jadi ia menenggelamkan pulau legendaris bernama Motufetu—yang menghubungkan semua pulau—hingga ke dasar laut. Tautai lebih lanjut memperingatkan bahwa orang-orang Motunui akan punah di masa depan jika Moana tidak dapat menemukan cara untuk membesarkan Motufetu. Ia mengumpulkan sekelompok orang dari Motunui—perajin wanita yang pintar Loto, sejarawan dan penggemar berat Maui Moni, dan petani tua pemarah Keke, bersama babi dan ayam peliharaannya, Pua dan Heihei—untuk mengikuti jalur komet melintasi lautan menuju Motufetu.
Sementara itu, Maui mencari Motufetu sendiri karena ia pernah bertengkar dengan Nalo sebelumnya, tetapi ia ditangkap oleh matangi, yang merupakan orang kepercayaan Nalo. Maui enggan menghubungi Moana karena ia takut Moana tidak akan selamat jika ia datang untuk membantu. Moana dan krunya ditangkap oleh Kakamora, suku bajak laut mirip kelapa yang sebelumnya pernah ditemui Moana. Mereka mengungkapkan bahwa tindakan Nalo terhadap Motufetu telah menyebabkan mereka terputus dari pulau asal mereka. Salah satu anggota Kakamora, Kotu, membantu kru melumpuhkan kerang raksasa yang di dalamnya terdapat sarang Matangi. Sementara kru menemukan Maui, Moana bertemu dengan Matangi dan mengetahui bahwa ia tidak senang melayani Nalo. Ia membantu Moana melarikan diri dan bersatu kembali dengan Maui dan teman-temannya, sebelum mengirim mereka ke tempat Nalo berada.
Maui memperingatkan bahwa wilayah Nalo lebih mematikan dibandingkan dengan wilayah manusia dan bahwa melawannya akan mengakibatkan kematian bagi manusia biasa. Monster-monster Nalo menyergap kelompok itu, merusak rakit mereka, dan menghanyutkan mereka ke pantai di sebuah pulau terpencil. Moana mulai putus asa, tetapi Maui mendorongnya untuk terus maju. Setelah Moana pulih, kelompok itu berencana agar Maui mengangkat pulau itu sehingga Moana dapat menyentuhnya, karena itulah satu-satunya cara untuk memulihkan Motufetu dan menghentikan Nalo. Awak kapalnya memperbaiki rakitnya, tetapi ketika kelompok itu memberanikan diri untuk menghadapi Nalo, mereka menghadapi badai raksasa.
Moana, menyadari bahwa Nalo mencoba menghentikan manusia untuk mematahkan kutukan, meminta Maui untuk mengangkat pulau itu cukup tinggi agar dia bisa menyentuhnya. Saat Maui mulai menarik pulau itu dengan kail raksasanya, Nalo melucuti kekuatan setengah dewa Maui dengan sambaran petir. Moana, dalam keputusasaan, menyelam ke laut untuk menyentuh pulau itu di bawah air. Tepat saat Moana berhasil, sambaran petir Nalo membunuhnya. Maui melompat mengejar tubuhnya, dan dengan nyanyian ajaib, memanggil roh Tautai Vasa dan leluhur Moana (termasuk neneknya Tala) yang membantu menghidupkannya kembali sebagai setengah dewi, dengan Moana mendapatkan tato penunjuk jalan. Maui, setelah juga mendapatkan kembali kekuatannya sebagai setengah dewa, akhirnya membangkitkan Motufetu dan membantu Moana menghubungkan kembali orang-orang dengan lautan.