외톨이 소녀 릴로에게 인생은 커다란 도전이다. 어린 소녀 릴로는 열아홉 살 된 언니 나나와 함께 하와이 섬에서 단 둘이 산다. 한 집에서 같이 살지만 두 사람은 각자의 방식을 고집하느라 작은 일이든 큰일이든 잡은 마찰을 빚는다. 엄격하면서도 늘 표정이 굳어있는 사회 복지사 코브라 버블스가 집에 찾아올 때마다 두 사람은 항상 싸우고 있다. 그러다보니 집안은 항상 아수라장을 방불케 한다. 코브라는 나니더러 릴로를 보호할 수 있는 자격이 있는지 증명해보일 수 있도록 앞으로 3일을 주겠노라고 경고한다. 그 3일 동안 달라지는 게 없으면 릴로를 수양부모에게 맡기겠다는 경고와 함께! 그날 밤 릴로는 하늘에서 떨어지는 별똥별을 바라보며 하느님한테 소원을 빈다. 릴로가 보았던 별똥별은 실은 스티치가 타고 있던 우주선이었다. 실험용 외계 생명체 626호로 불리우는 스티치는 투로 행성 출신. 사고뭉치에다가 말썽꾸러기인 스티치는 교도소로 끌려가다가 도망을 쳤는데 그만 지구로 떨어진 것이다. 유전자 실험을 통해 스티치를 만든 투로 행성의 과학자 줌바의 소개에 따르면 스티치는 (1)총알로도 뚫을 수 없고, (2)초강력 화력으로도 태워 죽일 수 없으며, (3)두뇌 회전은 슈퍼컴퓨터보다 빠르다. 게다가 스티치는 (4)어둠 속에서도 사물을 볼 수 있으며, (5)자신의 몸무게보다 3,000배나 무거운 물체도 너끈하게 들어올린다. 스티치의 (6)유일한 본능은 자신의 손에 닿는 것이면 무엇이든 파괴하는 것!. 스티치의 탄생을 탐탁치않게 생각하는 우주 연방 총사령관은 스티치를 만든 과학자 줌바를 감옥에 가두고 스티치를 외딴 사막 행성에 보내라고 명령한다. 총사령관의 명령을 받든 간투(Gantu) 대장이 실행에 옮기려는 순간, 스티치는 우주 경찰 우주선을 뺏어서 타고 지구를 향해 광속으로 도망친다. 줌바한테 스티치를 잡아오면 살려주겠다고 제의한 총사령관은 줌바를 감시할 목적으로 지구 연구 과학자인 플리클리(Pleakly)를 딸려 보낸다. 수다스럽고 겁이 많은 플리클리는 다리가 세 개인 외계인이며 지구 연구광이다. 지구에 떨어진 스티치는 트럭에 깔려서 정신을 잃는다. 그가 깨어난 곳은 동물 보호소! 그곳에서 스티치는 애완동물을 입양하러 온 릴로를 만나고 스티치라는 이름까지 얻게 된다. 다리가 여섯 개인 스티치는 입양되기 전 지구의 동물들과 똑같이 네 개의 다리만 남기고 두 개는 숨겨버린다. 머리에 달린 안테나도 감추고 등에 줄줄이 달린 작은 뿔들도 숨겨버린다. 스티치를 보고 기겁을 하는 동물 보호소의 직원과 나니와는 달리 릴로는 스티치가 사랑스럽기만 하다. 릴로와 나니 두 사람이 줌바와 플리클리의 추적을 막아줄 수 있는 완벽한 보금자리를 만들어 줄 수 있을 것으로 판단한 스티치는 기꺼이 입양된다. 그러나 릴로의 가족과 스티치의 관계는 입양 첫날부터 삐거덕거리기 시작한다. 스티치는 난폭한 행동을 일삼을 뿐만 아니라 다니는 곳마다 아수라장으로 만들어버리기 때문에 애물단지 애완동물로 전락해버릴 위기에 처한다. 릴로를 따라 나니가 일하는 식당에 간 스티치는 거기서도 요란하게 사고를 친다. 그 바람에 나니는 직장에서 쫓겨난다. 그럼에도 릴로는 스티치의 편을 들어주면서 스티치로 하여금 모범 시민이었던 엘비스 프레슬리처럼 모범 애완동물이 되어보라고 가르친다. 나니의 남자 친구 데이비드는 둘의 마음을 즐겁게 해주고 싶어서 서핑 놀이를 가자고 제의한다. 물을 보면 무서워하던 스티치도 점차 새로운 놀이에 재미를 느끼기 시작한다. 바로 그 순간 줌바와 플리클리가 나타나서 스티치를 잡아간다. 하지만 다행히도 데이비드가 스티치를 구해준다. 코브라 버블스는 해변에서 이 모든 광경을 주시하듯이 지켜본 다음 나니에게 릴로의 보호권을 포기하라고 경고한다. 스티치는 자신 때문에 릴로의 가정이 깨지게 됐다는 것을 깨닫는다. 게다가 오하나에 대한 릴로의 간절한 소망이 무너지게 됐다는 것도 깨닫는다. 우주 연방의 총사령관이 무능한 줌바와 플리클리를 해고해버리자 줌바와 플리클리는 릴로의 집으로 직접 쳐들어간다. 하지만 릴로의 집만 폭삭 망가뜨릴 뿐 스티치를 잡지는 못한다. 상황이 더 이상 나빠질 수 없다고 판단한 총사령관은 간투 대장을 지구에 급파시킨다. 간투 대장은 거대한 우주선을 타고 나타나서 단번에 스티치를 잡아버린다. 우주로 끌려가는 과정에서 스티치는 간신히 탈출에 성공하지만 릴로는 포로가 되어 끌려간다. 자신이 릴로와 나니에게 가족이나 다름없었다는 것을 깨달은 스티치는 줌바와 플리클리에게 릴로를 구하러 가자고 설득한다. 스티치의 활약 덕분에 납치되어가던 릴로가 구출되고 총사령관이 부하들을 이끌고 지구에 직접 찾아오게 되는데... 과연 총 사령관은 스티치를 체포할 수 있을 것인지.