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Nello spazio, l'ex capitano Gantu viene assunto dal malvagio dottor Jacques von Hämsterviel per recuperare tutti gli esperimenti di Jumba. Nel frattempo, sulla Terra, Stitch non riesce ad ambientarsi con gli abitanti dell'isola. Lilo cerca di incoraggiarlo dicendo che è unico, paragonandolo al mostro di Frankenstein. Naturalmente, questo lo fa solo sentire peggio. Una notte, Gantu fa irruzione nella casa e rapisce Jumba per interrogarlo, portandosi via anche una palla blu con scritto il numero 625. Lilo e Stitch riescono a prendere la nave di Jumba per inseguire Gantu nello spazio, ma vengono colpiti e ricadono sulla Terra.

Tornati a casa, Lilo, Stitch e Pleakley trovano il contenitore che Jumba nascondeva. Pleakley pensa che questi siano gli altri esperimenti in forma disidratata. Egli avverte loro di non dirlo a nessuno e di non mettere gli esperimenti in acqua. Disobbedendo deliberatamente a Pleakley, Stitch e Lilo recuperano il contenitore e idratano l'Esperimento 221, che scappa subito. Nel frattempo, Jumba è tenuto prigioniero sulla nave del dottor Hämsterviel, che sorprendentemente è un piccolo alieno roditore. Incapace di intimidire Jumba, Hämsterviel attiva l'Esperimento 625 per attaccarlo, ma fortunatamente per Jumba, nonostante il 625 abbia tutti i poteri di Stitch, egli è incredibilmente pigro e codardo, e dà la priorità al cibo sopra ogni altra cosa.

Nel frattempo, Pleakley è in grado di entrare in contatto con la nave di Hämsterviel via telefono. Hämsterviel dice a Pleakley che vuole i 624 esperimenti in cambio di Jumba. Quando Pleakley informa gli altri membri della famiglia, Nani procede a chiamare Cobra Bubbles mentre Lilo e Stitch escono per trovare il 221. Quando Cobra arriva la mattina dopo, egli sembra sapere già quello che è successo. Nel frattempo, Lilo e Stitch trovano il fastidioso Esperimento 221 in un hotel. Il momento dello scambio arriva, e Pleakley e Cobra si presentano con il contenitore, non sapendo che esso contiene solo 623 esperimenti. Hämsterviel è scioccato nello scoprire che manca un esperimento. Lilo poi si presenta con l'Esperimento 221 intrappolato in un vaso di vetro. Annunciando di averlo chiamato "Sparky", dice che l'esperimento è parte della famiglia di Stitch e quindi anche della sua. Hämsterviel le dice di dargli l'esperimento o Jumba verrà ucciso. Lilo e Stitch allora liberano Sparky e Jumba. Al segnale di Cobra, la nave della Presidentessa del Consiglio esce dal vicino oceano e tiene sotto tiro Hämsterviel. Lilo protesta, dicendo che Hämsterviel ha gli altri esperimenti.

Sparky usa quindi le sue abilità elettriche per mandare in tilt la nave della Presidentessa, mentre Hämsterviel e Gantu risalgono a bordo della loro nave con gli esperimenti. In un ultimo tentativo di fermare Hämsterviel, Lilo, Stitch e Sparky entrano nella nave. Lilo e Stitch riescono a prendere il contenitore con gli altri esperimenti. La lotta per il contenitore tra Lilo, Stitch e Gantu finisce per liberare gli esperimenti disidratati e disperderli per tutte le Hawaii. Dopo aver catturato gli eroi, Hämsterviel racconta i suoi piani per clonare Stitch mille volte e ordina a Gantu di fare quello che vuole con Lilo. Mentre Gantu mette Lilo in un teletrasportatore per inviarla a uno zoo intergalattico, Stitch è legato a un peso appena più pesante di quanto possa sollevare. Vedendo Stitch che cerca di evitare di essere vivisezionato da un laser per la clonazione, Sparky manda in cortocircuito la macchina. Sparky e Stitch bloccano Hämsterviel al dispositivo e salvano Lilo. Dopo aver ammanettato Hämsterviel, questo viene arrestato dalla Presidentessa del Consiglio quando Lilo e Stitch atterrano nuovamente al punto d'incontro e dAnno a Sparky una nuova casa, facendogli alimentare il faro Kilauea. Convincono poi la Presidentessa del Consiglio a dar loro l'incarico di riabilitare gli altri 623 esperimenti e questa accetta; mentre Lilo e Stitch partono alla ricerca degli esperimenti, alcuni di questi iniziano ad attivarsi.