Nelle isole Hawaii, la piccola Lilo vive con la sorella maggiore Nani dopo aver perso i genitori. In cerca di un amico, adotta uno strano “cagnolino” di nome Stitch, che si rivela essere un pericoloso esperimento alieno in fuga. Mentre Stitch scopre il significato della famiglia e dell’amore, Lilo, Nani e i loro nuovi amici affrontano ostacoli alieni, sociali e interiori per restare uniti.