Робот ВАЛЛ·И был запрограммирован на одну задачу, очищать Землю от гор мусора, которые человечество оставило после себя, улетев в космос. Сотни лет он делает это в одиночку, не зная другой жизни. Всё меняется, когда на планету прибывает ЕВА, изящный робот-сканер с чёткой миссией. Для неё главное, найти признаки растительности и вернуться на борт гигантского корабля "Аксиома" с докладом. ВАЛЛ·И мгновенно очарован незнакомкой, но её программа строга и не предусматривает чувств. Судьба даёт мусорщику шанс: он находит крошечный росток, который ЕВА забирает с собой, отключается и отправляется обратно к людям. Не в силах расстаться с единственным существом, пробудившим в нём эмоции, ВАЛЛ·И цепляется за корпус корабля и устремляется за ней к звёздам. Его путешествие на борт "Аксиомы" запускает цепь событий, которые однажды решат судьбу человечества. Оказавшись среди потомков землян, забывших о родной планете, маленький робот-уборщик сам того не ведая становится обладателем ключа к их возвращению домой.