Una chica joven y sin padres adopta un «perro» de la perrera local, sin saber que supuestamente es un peligroso experimento científico que se ha refugiado en la Tierra y que ahora se esconde de su creador y de quienes lo ven como una amenaza.

Lilo, Stitch, Jumba y Pleakley finalmente capturaron todos los experimentos genéticos de Jumba y encontraron el único lugar verdadero al que pertenece cada uno de ellos. A Stitch, Jumba y Pleakley se les ofrecen puestos en la Alianza Galáctica, rechazándolos para que puedan quedarse en la Tierra con Lilo. Pero Lilo se da cuenta de que sus amigos alienígenas tienen lugares a los que pertenecen, y finalmente es hora de decir "aloha".

Las aventuras de Lilo (una pequeña niña hawaiana) y Stitch (el extraterrestre más buscado de la galaxia) continuan. Stitch, Pleakley y el Dr. Jumba son parte de la familia ahora. Pero lo que Lilo y Stitch no saben es que el Dr. Jumba trajo otro de sus "experimentos" alienígenas a Hawai.