Lilo er en ensom liten jente som adopterer et dyr hun tror er en uskyldig hundevalp. Hun gir ham navnet Stitch, uten å vite at han er resultatet av et farlig genetisk eksperiment fra verdensrommet. Stitch viser seg snart å være en riktig slemming. Stitch er nemlig mest interessert i å bruke Lilo som beskyttelse mot en gjeng utenomjordisk som jager han. Men Lilo er fast bestemt på å gjøre Stitch til sin venn...