Nachdem sich Lilo, Dr. Jamba, Pliiklii, Nani und Stitch an ihr neues Leben auf der Erde gewöhnt haben, taucht eines Tages plötzlich Kapitän Gantu auf. Im Auftrag von Dr. Hans van Hamsterdam, Jambas Ex-Partner, entführt er Dr. Jamba und nimmt das Experiment 625 mit. Van Hamsterdam verlangt im Austausch gegen Jamba alle verbleibenden 624 Experimente.
Es stellt sich heraus, dass Dr. Jamba alle Experimente auf der Erde in einem geheimen Container versteckt hat. Als Lilo und Stitch den Container öffnen, befreien sie versehentlich das Experiment 221, wodurch sie nur noch 623 Experimente haben. Sie schaffen es, 221 wieder einzufangen, aber Stitch sieht in ihm einen Verwandten und will ihn nicht hergeben. Unter dem Namen „Blitzi” wird 221 freigelassen und hilft Stitch dabei, Dr. Jamba zu retten.
Kurz darauf werden Lilo und Stitch von Dr. van Hamsterdam entführt, der plant, Lilo an einen Zoo zu verkaufen und Stitch für eine private Armee zu klonen. Experiment 221 kann die beiden retten und sie lassen alle Experimente über Hawaii frei. Die Präsidentin des hohen Rates gibt Lilo und Stitch die Mission, alle Experimente aufzuspüren und eine passende Umgebung für sie zu finden.
Bald wimmelt es auf Hawaii von außerirdischen Experimenten, die Chaos anrichten. Lilo und Stitch machen sich daran, die Experimente zu fangen und für Ordnung zu sorgen.
Oliver Trebes