Como recompensa por recuperar los 625 experimentos, Lilo, Stitch, Jumba y Peakley han sido enviados a los distintos lugares de la galaxia donde cada uno cree pertenecer, pero sus vidas pronto se ven altreradas cuando el malévolo Dr. Hamsterviel escapa de prisión y obliga a Jumba a crear un nuevo experimento: Leroy, el malvado gemelo de Stitch. Todo empeora además cuando Hamsterviel clona a esta nueva criatura para crear su propio ejército. La tarea de Lilo consistirá en reunir a Stitch y al resto de la pandilla para combatir al malvado ejército de Leroys... Cuando las cosas se ponen feas, nuestros amigos decubrirán que el lugar al que realmente pertenecen es aquel en el que están todos juntos...

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.

Lilo es una niña hawaiana que se siente sola y decide adoptar un "perro" muy feo al que llama Stitch. Stitch sería la mascota perfecta... si no fuera en realidad un experimento genético que ha escapado de un planeta alienígena y que ha aterrizado en la tierra por casualidad. Con su amor y su inquebrantable fe en el "ohana" (el concepto hawaiano de la familia), Lilo termina conquistando el corazón de Stitch y le ofrece algo que el original perro nunca pensó tener: un hogar.