試作品３０３号の奪い合いをするうち、３０３号の光線を浴びたリロとスティッチ、ガントゥは記憶を失ってしまう。記憶が消えたのはスティッチのせいだと思いこんだリロは、ガントゥとコンビを組んでスティッチを追う。ガントゥは、リロが描いたガントゥの似顔絵に悪口が添えられていたことから、本来の自分を思い知るが、悪人に戻りたくなく３０３号を逃がしてしまう。

お祭りの招待券が当たったリロ。友達も連れて行ける券なのに、マートルは行かないと言い張り、リロはユキら３人と行動を共にする。そこへ巨大化した５８６号が現れ、ガントゥやリロは捕獲すべく追いかける。ユキたちはそんなリロから離れ、マートルのもとへ戻る。１人になって途方に暮れているリロの前にスティッチが現れるが、５８６号に食べられてしまう。リロはスティッチを助けようと・・・。

リロが密かに想いを寄せるケオニが、花束を持ってプリークリーの元へやってきた。３２３号のくちばしでつつかれた人は、直後に見たものに恋をしてしまうと聞いたリロは、そのせいでケオニがプリークリーを好きになったのだと思いこむ。一方、バレンタインのパーティ会場に入り込んだ３２３号のおかげで参加者たちがみなニセモノの恋におち、大騒ぎになってしまっていた。

フラ教室のいつものメンバーは、自分たちの住む地区をよりよくするためのアイディアを発表しあっていた。しかしリロの「エイリアン出現アラーム」は却下される。その頃、町では試作品６１３号が大きな音を出して暴れていた。ガントゥにつかまりそうになった６１３号をスティッチは助けるが、なんとその音で聴覚を奪われてしまう。一行は６１３号が潜んでいる洞窟に出向く。見事６１３号は捕獲できたが、今度はスティッチがガントゥにつかまってしまい・・・。

ジャンバはスティッチより強い最新作の試作品６２７号を作って始動させてしまう。邪悪な心を持つ６２７号はガントゥとコンビを組み、スティッチをやっつける。自信を失ったスティッチはひきこもり状態に。だが、弱点がないはずの６２７号にも「笑い過ぎる」と言う弱点があることを知ったリロたちは、わざと笑わせる作戦で見事６２７号のパワーをおさえこむ。

試作品５２３号が、あたり一面に雪をつもらせ、島を真冬の寒さに変えてしまう。初めてのことにトライするのが苦手なスティッチは、雪など見たことがないため、怖がって外に出ようとしない。リロは５２３号と仲良しになって、スティッチ、ジャンバ、プリークリーたちとスケートやソリを楽しむ。しかしそのすきに、５２３号はガントゥにさらわれてしまう。ガントゥの魂胆は島を凍らせて、他の試作品もぜんぶ見つけてしまおうというものだった。

試作品６２４号の特殊能力は、美しい歌声で邪悪な心をとり戻させること。スティッチは６２４号に一目ぼれし、メロメロに。更にガントゥのワナで、ジャンバもその歌声で「悪の天才」に逆戻り、情報を６２４号に見せてしまう。おかげで今やいい子になって島で暮らしていた試作品たちがみな悪い子に戻ってしまう。そんな中、リロは６２４号の歌声の効果を消すには「歌を逆回しに聞かせればいい」と発見する。

試作品３４４号の機能はコピーを作ること。ある晩リロはマートルたちをパジャマパーティに招待するが、いざふたを開けてみるとだれもパーティにはやってこなかった。寂しくてしかたがないリロは、デュープのパワーで自分のコピーを作ろうとするが、止めに入ったスティッチのコピーができてしまう。しかし、複製たちはオリジナルより増やした分だけパワーが減ってしまうという副作用があった。一方、ガントゥは、デュープの機能を使い、自分の軍隊を作ろうと企む。

試作品６０４号がウインクすると、目の前のモノが透明になって見えなくなってしまうという機能があった。その機能を使い、スティッチとプリークリーはマジックショーを開催、大成功に終わる。更にそれを見ていたマートルのおば、トレイシーからの依頼で、テレビの生放送で灯台を消してみせることが決まる。だが、スティッチを透明にしたまま６０４号が逃げてしまい・・・。

今日はボートレース大会。ケオニの練習に付き合うリロとスティッチの前に、突如サメの背ビレが現れケオニのボートをまっぷたつにしてしまう。背ビレの正体は船を沈めるのが得意な試作品６０２号。そこで、リロたちは捕獲に乗り出すが、ことごとく失敗し入り江に戻されてしまう。その入り江には６０２号がいるというのに。逃げようというジャンバたちに、リロは船客もケオニもボートレースも救いたいと主張する。

ホテルの面接を受けたナニは、話のはずみで支配人ジェームソンとケオニ親子を自宅のブランチへ招待することになってしまう。そんな中、人の秘密を言いふらす試作品ノウジー（１９９号）が、さっそくリロ達の秘密をさぐり、ケオニにリロが好きだとバラしてしまう。困ったリロは、ノウジーをガントゥに渡すが、ガントゥもこの試作品にはうんざりして手放してしまう。そしてノウジーはブランチの最中に戻ってきてしまい、大混乱。就職はあきらめかけたナニだったが・・・。

カウアイ島のホテルで人気テレビ番組の収録が行われることになった。テレビでフラダンスを披露できるとマートルたちは大はしゃぎ。プリークリーも、かくし芸のジャグリングを猛特訓中。そんな中、出演者に撰ばれたのはスティッチとガントゥ。ガントゥはハムスターヴィールの悪の指令を受けており、３８３号をテレビで見せて視聴者に催眠術をかけ、世界を支配してしまおうと企んでいたのだった。