Шестилетняя Лило Пелекаи живёт на Гавайях вместе со своей старшей сестрой Нани, которая после трагической смерти родителей взяла на себя ответственность за девочку. Нани изо всех сил старается совмещать работу, учёбу и воспитание младшей сестры, но нагрузки слишком велики. Лило часто остаётся предоставленной самой себе, испытывает одиночество и ведёт себя странно: она замкнута, не идёт на контакт с другими детьми и даже проявляет агрессию. Понимая, что девочке нужен друг, Нани решает завести питомца — возможно, собака сможет стать источником радости и помочь Лило справиться с её эмоциональным состоянием.

Однако в приюте всё идёт не по плану: Лило выбирает вовсе не обычного щенка, а загадочное существо с необычной внешностью. Девочка называет его Стичем и искренне считает новым другом, не догадываясь, что на самом деле это — инопланетный организм, созданный как результат генетического эксперимента. Стич, или Эксперимент 626, сбежал с лаборатории и скрывается от космической федерации. Его способности поразительны — от невероятной физической силы до молниеносного интеллекта. Несмотря на свою разрушительную природу, Стич постепенно начинает понимать, что такое семья, и что значит быть нужным кому-то.