Rodney Hojalata es un joven y genial inventor que sueña con hacer del mundo un lugar mejor. Cappy es una atractiva ejecutiva robot de la que Rodney se queda prendado al instante. Ratchet es el tirano corporativo; y luego está el Gran Soldador, un magistral inventor que ha perdido el norte … hasta que tropieza con el irreprimible soñador de Rodney. Además está un grupo de robots inadaptados conocidos como los Oxidados liderados por Manivela.

Matt, el hermano pequeño de Stifler, es condenado a pasar un verano en el inmundo campamento de la banda de música, donde hace de las suyas con cámaras ocultas y ardientes tutores. Pero, cuando se queda prendado de su compañera de banda, Elyse, su empeño por maquillar sus rudos modales tiene resultados imprevistos. El padre de Jim (Eugene Levy) vuelve como estrafalario tutor para intentar devolver al redil al descarriado hermano menor de Stifler.

Lilo quiere seguir los pasos de su madre y presentarse a un concurso de baile hawaiano. Por su parte, Stitch se porta cada vez mejor haciendo que su “nivel de bondad” sea cada vez más alto. La vida en Hawai parece ir a las mil maravillas… hasta que Stitch sufre un “fallo técnico” y todo empieza a desbaratarse. Lilo, Nani, David y Jumba van a necesitar todo el “Ohana” del mundo para salvar a su pequeño amigo.