Hawaii'de yaşayan altı yaşındaki Lilo ve on sekiz yaşındaki ablası Nani, ebeveynlerinin kaybından sonra zorlu bir yaşam sürmektedir. Nani, hem çalışıp geçimlerini sağlamak hem de Lilo'ya bakmakla uğraşırken, küçük kız ise okulda zorlanmakta ve yalnızlık çekmektedir. Lilo'nun tek isteği gerçek bir arkadaştır. Bu istek, beklenmedik bir şekilde gerçekleşir: 626 numaralı bir deney olan Stitch, uzak bir gezegenden Dünya'ya kaçar ve Lilo tarafından bulunur. Lilo, mavi ve tuhaf görünümlü Stitch'i köpek yavrusu sanarak sahiplenir ve ona "Stitch" adını verir. Başlarda Stitch'in yaramazlıkları ve yıkıcılığı Nani'nin sabrını zorlasa da, Lilo'nun "ohana" (aile) felsefesi Stitch'in kalbini yumuşatır ve iki arkadaş arasında derin bir bağ oluşur. Ancak mutlulukları uzun sürmez; Stitch'in kaçtığı gezegenden Jumba Jookiba adındaki uzaylı avcısı ve onun yardımcı Pleakley Dünya'ya gelir. Stitch'in yaratıcısı olan Dr. Jumba da onu geri almak için peşine düşer. Lilo ve Nani, hem birbirlerine hem de yeni aile üyeleri Stitch'e sımsıkı sarılırken, galaksiler arası bir tehdit ve sosyal hizmetlerin baskısıyla mücadele etmek zorunda kalırlar. Onların hayatta kalabilmeleri için sevgi, bağlılık ve "ohana"nın gücüne ihtiyaçları vardır. Bu sıra dışı aile, zorluklara karşı birlikte mücadele ederken, birbirlerini daha da güçlü kılacaktır.