Lilo y Stitch deben buscar los experimentos extraviados de Jumba, intentando cambiar su comportamiento destructivo por uno más amigable. Mientras tanto, el excapitán Gantu y su compañero 625 quieren recuperar los experimentos para entregárselos al Dr. Hämsterviel, el villano de la serie que quiere apoderarse de los experimentos para fines destructivos.

• Stitch (Experimento 626): Es azul y muy esponjoso. Su función principal es destruir todo lo que toca. Antes de saber que era un extraterrestre, se pensaba que era un perro collie. Sus principales atributos son soportar 30000 veces su peso (pero luego se sabe que no puede levantar ni un solo gramo más).
• Lilo Pelekai: Es una niña hawaiana. Le encantan las películas de terror (en especial de monstruos raros), y Elvis Presley. Mertle dice que es extraña.
• Nani Pelekai: Es la hermana mayor de Lilo y se encarga de cuidarla ya que sus padres fallecieron en un accidente de auto.
• Jumba Jookiba: Científico malvado (según él mismo). Vive con Lilo, Nani, Pleakley y Stitch. Siempre llama a Lilo y Stitch "Pequeña Niña" y "626". Es el creador de los experimentos, y como tal, advierte a Lilo sobre ellos y sus funciones cuando aparecen.
• Pleakley: Exagente de La Comunidad Intergaláctica. Vive con Nani, Lilo, Jumba y Stitch. Siempre suele disfrazarse de mujer.
• Mertle Edmonds: Niña hawaiana egocéntrica, que tiene un grupo de amigas a modo de séquito, y piensa que Lilo es extraña y un fenómeno.
• Gantu: Secuaz de Hämsterviel, con el que empezó a trabajar tras ser despedido como agente intergaláctico. Siempre intenta capturar los experimentos para enviárselos a Hämsterviel, pero fracasa en ello, siendo detenido siempre por Lilo y Stitch.
• Experimento 625: Es un experimento holgazán, asistente de Gantu. Amante de los sándwiches.

• Dr. Jacques von Hämsterviel: Científico malvado con aspecto de pequeño roedor obsesionado con conseguir los experimentos de Jumba. Se encuentra en prisión, desde donde se comunica con Gantu, a quien a menudo grita furioso por fracasar en las cacerías de experimentos.
• David Kawena: Novio de Nanni, surfista pero, como ella, David no tiene trabajo fijo. Él está al tanto de Stitch y los extraterrestres que han llegado a la tierra.
• Experimentos del 001 al 624: Experimentos de Jumba, y "primos" de Stitch. Cada uno de ellos tiene una función o habilidad única.
• Moses: Profesor de hula de Lilo, a la que suele aconsejar.
• Teresa, Yuki y Elena: Amigas de Mertle. Cuando ella dice algo, ellas siempre responden a coro con un: "Síii".
• Victoria: Amiga de Lilo. Aunque Lilo sea extraña, ellas se llevan bien.
• Sra. Kasakawa: Es la vendedora de frutas del pueblo. Es un tanto ciega y sorda. En varios episodios se muestra que lleva peluca.
• Keoni Jameson: Un chico amigo de Lilo, la cual esta enamorado de él. Es un apasionado del monopatinaje (skateboarding, en inglés).
• Cobra Burbujas: Un trabajador social, exagente de la CIA, amigo de la familia Pelekai.
• El hombre del helado: Es un hombre calvo y con gafas de sol que normalmente se lo ve quemado por el sol, y con un helado de menta que siempre se le cae.

Tanto la fecha original del aire como los números de producción no reflejan la continuidad real de la serie. Incluidos muchos acontecimientos relativos a la ubicación y la disponibilidad de ciertos experimentos, más adelante en la serie:

• Episodio 104 "Cannonball" tiene lugar antes de episodio 101 "Poxy", ya que el X-Buggy es utilizado en "Poxy", pero se revela como una nueva creación por Jumba en "Cannonball".
• Episodio 127 "sentimentaloide" tiene lugar antes de episodio 125 "Angel", porque fangosa se ve que trabajan en el hielo Shave estar en "Angel", pero no se activará y rehabilitados hasta que "sentimentaloide".
• Episodio 130 "Finder" tiene lugar antes de episodio 108 "yapper", porque Mertle dice que nunca ha tenido una mascota en el "Finder", pero recibe en algún momento antes de Gigi "yapper".
• Episodio 137 "Somnoliento" tiene lugar antes de episodio 118 "Amnesio", porque se ve Nosox activado en "Amnesio", pero está todavía en forma de vaina en "Somnoliento".
• Episodio 132 "Elástico" tiene lugar antes de episodio 111 "Sprout", porque el Watertower pinepple, dividido en dos y utilizado por Stitch para contener Sprout, se ve intacta, no lejos de la instalación de carpas de circo en "Elástico".
• Episodio 317 "Snafu" tiene lugar antes de Episodio 201 "Spike", porque Fibra es rescatado en "Snafu", pero ya es rescatado en "Spike". Lo mismo vale para los otros rescatados experimentos vistos en el episodio 109 "El asteroide".

Varios episodios tienen lugar cerca o en días festivos y eventos especiales:

• Episodio 102 "Spooky": Halloween (31 de octubre).
• Episodio 114 "Topper": Navidad (25 de diciembre).
• Episodio 116 "Holio": cumpleaños Mertle's.
• Episodio 118 "Amnesio": cumpleaños de Lilo.
• Episodio 119 "Houdini": Mertle de "media" la fiesta de cumpleaños (es probable que 6 meses después de su cumpleaños real).
• Episodio 121 "HunkaHunka": Día de San Valentín (14 de febrero).
• Episodio 123 "627": diciembre. Pleakly hizo una fiesta de Acción de Gracias, segundo, porque él pensó que era una vez al mes en lugar de una vez al año.
• Episodio 207 "Damas": El Merrie Monarch Festival (tradicionalmente a partir del Domingo de Pascua).
• Episodio 209 "PJ" April Fools Day (1 de abril)
• Episodio 306 "Remmy": El aniversario de la muerte de los padres de Lilo.
• Episodio 308 "Ploot": Día de la Tierra (22 de abril).

• Lilo & Stitch
• Lilo & Stitch 2: Stitch Has a Glitch
• La película de Stitch
• Leroy & Stitch
• Stitch!
• Lilo & Stitch (película de 2025)

• Lilo y Stitch: la serie en Internet Movie Database (en inglés).
• Lilo & Stitch: la serie en SaveDisneyShows.org
• Disney Channel