莉洛（黛維·切斯配音）和史迪奇（克里斯·桑德斯配音）完成任務后，正準備與賈巴博士（戴維·奧格登·施蒂爾斯配音）及普利凱利（凱文·麥克唐納配音）返回母星。此時，漢姆斯特維爾博士（杰夫·貝內特配音）制造出邪惡試驗品勒羅伊（克里斯·桑德斯配音），企圖將其復制為軍隊統治宇宙。莉洛與史迪奇被迫中斷行程，聯手阻止這一威脅。面對遠超以往的強大敵人，兩人借助實驗品家族的特殊能力展開對抗。最終，史迪奇放棄離開機會選擇留在地球，與莉洛共同守護家人，并以獨特方式化解了勒羅伊帶來的危機。