本片剧情承接原电影，讲述了在“626号实验品”史迪奇之前，强霸博士已有数百个失败的实验产物。如今，强霸竟将这些实验产物偷偷走私到地球。心怀不轨的越狱者仓鼠飞轮和被开除后怀恨在心的刚图舰长联手，绑架了强霸博士，并打算寻回之前的625个实验品，再次制造全新的小魔星。这些稀奇古怪的星际宝贝实验品包括能发出强力电波的221号实验品、懒惰却能做出美味三明治的625号实验品等。 如今，夏威夷七岁小女孩莉萝（Lilo）和星际宝贝史迪奇（Stitch）要协助星际联盟，在夏威夷群岛进行地毯式搜索，赶在坏蛋之前找到625个实验品，还要帮这些星际宝贝都找到各自温暖的家！