Lilo é uma rapariga de cinco anos que adora cuidar de animais. Um dia ela adota um cão e decide chamá-lo de Stitch. O que ela não sabe é que Stitch é um alienígena e um dos criminosos mais perigosos da galáxia. Agora, para escapar dos seus raptores que ainda o perseguem, Stitch decide passar por um cão comum, criando com o tempo um laço de amizade com Lilo.

Preparem-se para mais confusão nas ilhas havaianas, especialmente agora que Stitch, Pleakley e o Dr. Jumba fazem todos parte da família. Mas o que Lilo e Stitch não sabem é que o Dr. Jumba trouxe as suas primeiras 625 experiências para o Havai.Cabe a Lilo e Stitch salvar os seus ohana do outro mundo do malvado Capitão Gantu e dar bom uso aos poderes únicos de cada experiência. Preparem-se para a diversão com uma ilha cheia de 625 novos "primos" absurdos, incluindo a Experiência 221, que provoca picos de energia em toda a ilha, e a Experiência 625, que é um pouco mais preguiçoso do que o Stitch, mas faz sandes fantásticas.

As tuas personagens favoritas regressam nesta comédia reconfortante sobre como juntar amigos e família, mesmo quando parecem ser de mundos diferentes. Até as outras 625 experiências chegarem ao Havai, Stitch vive tranquilo; consegue até ajudar Lilo a seguir as pisadas da mãe enquanto se prepara para o grande concurso de hula na ilha. Mas quando Stitch fica com um defeito, o mundo perfeito em que viviam descontrola-se. Agora, será necessário Lilo, Nani, Jumba e muita "ohana", para que consigam salvar o seu amigo engraçado.

Como recompensa por terem capturado 625 experiências, Lilo, Stitch, Jumba e Pleakley foram colocados um pouco por toda a galáxia, cada um no lugar no seu lugar de eleição. Entretanto, as suas vidas dão uma grande volta quando o infame Dr. Hamsterviel foge da prisão e obriga Jumba a criar uma nova experiência: Leroy, o gémeo malvado de Stitch. Para piorar tudo, Hamsterviel resolver clonar a maldosa criaturinha para formar o seu próprio exército. Compete agora a Lilo reunir Stitch e o resto do bando que está espalhado por todos os recantos da galáxia para combater a legião de Leroys. Quando as coisas se complicam, os nossos amigos descobrem que o lugar a que todos pertencem realmente é em conjunto.