Nachdem seine neueste Kreation versehentlich das Stadtzentrum zerstört undanschließend Richtung Himmel schießt, fürchtet Flint Lockwood zunächst, dass seine Erfinderkarriere hiermit beendet sei. Doch dann geschieht das Unglaubliche: Es regnet köstliche Cheeseburger - seine Maschine funktioniert! Aber die Menschen können von den Leckereien einfach nicht genug bekommen, bis der Apparat durchdreht und gigantische Spaghetti-Tornados mit riesigen Fleischbällchen auf die Erde loslässt. Mit Hilfe der Wetterreporterin Sam Sparks und seinem Assistenten Steve, einem sprechenden Affen, muss Flint eine Möglichkeit finden, die wildgewordene Maschine abzuschalten, bevor die Welt unter den megagroßen Fleischklößen begraben wird.

Die stupsnasige Außenseiterin Lilo will einen Tanzwettbewerb gewinnen. Für die Choreographie holt sie sich Inspiration beim King of Rock'n'Roll: Elvis. Der chaotische, aber gutmütige Alien Stitch unterstützt seine beste Freundin wie immer nach Kräften - doch wird er immer häufiger von unkontrollierbaren Bösartigkeitsanfällen heimgesucht. Das ruft die beiden anderen außerirdischen Gäste in Lilos Haus auf den Plan. Sie versuchen Stitchs Verwandlung aufzuhalten.