En algún rincón del universo, el excéntrico científico Jumba Jookiba crea al Experimento 626, una criatura azul y pequeñita pero extremadamente destructiva, diseñada para causar el caos allá donde vaya. Alarmada por su potencial peligro, la Federación Galáctica decide exiliarlo, pero 626 logra escapar y aterriza en la Tierra, concretamente en la isla de Hawái.
Allí, Lilo, una niña de 6 años que vive con su hermana mayor Nani, encuentra a 626 en un refugio de animales y, creyendo que es un perro un tanto extraño, decide adoptarlo y llamarlo Stitch. Pero pronto, Lilo descubrirá que ese perro tan raro no es una mascota común: es travieso, desobediente y parece incapaz de adaptarse a una casa.
Mientras tanto, Jumba y el agente Pleakley, enviados por la Federación Galáctica, llegan a la Tierra disfrazados de turistas con la misión de capturar a Stitch sin llamar la atención de los humanos. Sus torpes intentos de pasar desapercibidos solo aumentan el caos en la vida de Lilo y Nani.
A pesar de todos los problemas y malentendidos, Lilo enseña a Stitch el significado de «ohana», una palabra hawaiana que representa la importancia de la familia, de no abandonar ni olvidar a nadie. Poco a poco, Stitch comienza a cambiar y a buscar su propio lugar en el mundo. Así, cuando todo parece perdido y Lilo está en peligro, Stitch demuestra su lealtad y valentía, arriesgando todo para salvar a su nueva familia.
Gracias a la ayuda de sus amigos y a la intervención de la Presidenta del Consejo Galáctico, Stitch consigue quedarse en la Tierra, donde finalmente encuentra el calor de una familia junto a Lilo, Nani, Jumba y Pleakley. Juntos, descubren que, aunque sean diferentes, lo que realmente importa es el amor y el apoyo mutuo.
La aclamadísima película de Disney es una historia entrañable y divertida que nos recuerda que la verdadera familia se construye con cariño, aceptación y aventuras compartidas.