Lilo ve Stitch, sevimli uzaylı dostlarıyla birlikte maceralarına hız kesmeden devam ediyor. Onların bu seferki görevi, dâhi bilim adamı Jumba tarafından yaratılan deneyleri bulup onları topluma kazandırmak. Bu deneyler, her biri farklı yeteneklere ve karakteristiklere sahip, çok özel yaratıklar. Lilo ve Stitch, bu deneylere yeni bir yuva bulmaya çalışırken, bir yandan da onları koruma görevini üstleniyor. Çünkü Gantu adında kötü niyetli bir figür, bu deneyleri ele geçirip, şu an uzay hapishanesinde cezalarını çekmekte olan huysuz patronu Dr. J.V. Hamsterviel'e teslim etme planının peşinde. Lilo ve Stitch, ohana yani aile kavramına sıkı sıkıya bağlı kalarak, her seferinde bu denekleri tehlikelerden uzak tutmanın yollarını arıyorlar. Film, hem aile bağlarının önemini hem de dostluk ve cesaretin gücünü gözler önüne seriyor. Her yeni macera, Lilo ve Stitch için başka bir keşif ve büyüme fırsatı sunarken, izleyicilere de rengârenk ve eğlenceli anlar yaşatıyor. Bu film, izleyicilere hem heyecanlı hem de duygusal bir yolculuk vaadediyor.