本片劇情接續原本電影，敘述在史迪奇這“626號實驗品”之前，強霸博士已有好幾百個失敗實驗產物，如今強霸居然把這些實驗產物全都偷偷走私到地球。心懷不軌的越獄者倉鼠飛輪和被開除而懷恨在心的剛圖艦長聯手，綁架了強霸博士，並且要去尋回之前的625個實驗品，再次創造出全新的小魔星?這些希奇古怪的星際寶貝實驗品包括有能發出強力電波的第221號實驗品、懶惰卻能做出美味三明治的第625號實驗品等等。 

如今，夏威夷七歲小女孩Lilo（莉蘿）和星際寶貝Stitch（史迪奇）要協助星際聯盟，在夏威夷群島做地毯式搜寻，搶在壞蛋之前找到625個實驗品，並且還要幫這些星際寶貝都找到各自溫暖的家！