Cette nouvelle famille recomposée vit heureuse sous le signe de Ohana : mais les problèmes ne sont jamais bien loin. Lilo se lance dans un concours de danse hawaïenne, une discipline dont sa mère était championne. Mais son manque de talent et les moqueries de ses camarades vont rendre les choses bien difficiles. De son côté, Stitch est très inquiet. Il fait de terribles cauchemars qui le révèlent sous ses plus mauvais côtés et son niveau de gentillesse baisse dangereusement. Les deux amis devront unir toutes leurs forces pour se sortir de ces mauvais pas mais heureusement, l'esprit d'Elvis veille sur eux.

Tenez-vous prêts à un atterrissage forcé avec Stitch, un petit animal fugitif venu d'une lointaine planète. Alors qu'il sème la panique dans l'archipel d'Hawaï, Lilo, une petite fille au caractère bien trempé, décide d'en faire son nouvel ami. Ensemble, ils vont apprendre ce que sont la loyauté, l'amitié et "ohana", la notion hawaïenne de la famille.

Lilo et Stitch coulent des jours heureux auprès de leurs fidèles compagnons d'aventure. Mais c'est sans compter sur les desseins diabolique du docteur Jacques von Hamsterviel, ancien associé de Jumba qui est le créateur de Stitch. En effet, Hamsterviel veut posséder toutes les expériences de Jumba semblables à Stitch. Un jour, Jumba est enlevé et Lilo et Stitch vont tout faire pour le sauver, même jusqu'à réveiller l'une des instables expériences de Jumba…