La Lilo és una nena hawaiana creativa i peculiar que viu amb la seva germana gran, la Nani, després de la mort dels seus pares. Totes dues intenten mantenir unida la seva petita família mentre afronten l'amenaça de ser separades pels serveis socials a causa de la seva situació inestable. Un dia, la Lilo adopta en un refugi el que creu que és un gos, però en realitat és l’Stitch, un experiment alienígena fugitiu creat per al caos i la destrucció. Malgrat la seva naturalesa violenta, l’Stitch descobreix el valor de l'amor, la família i el sentit de pertinença gràcies al vincle únic que desenvolupa amb la Lilo. Junts, s’enfrontaran a agents galàctics i desafiaments emocionals en una història que barreja humor, acció i tendresa, ressaltant el poder de l'ohana, la família que un tria.