Wpływowa dyrektor generalna wielkiej korporacji (Emma Stone) zostaje porwana przez dwóch mężczyzn, którzy mają bzika na punkcie teorii spiskowych. Uważają, że kobieta jest kosmitką, a ich plan zakłada ratunek Ziemi przed domniemaną inwazją obcych.
Bohaterami są dwaj geniusze o nieco dziwnych poglądach. Leonard i Sheldon potrafią rozszczepić atom, jednak nie wiedzą, jak postępować z kobietami i nie mają pojęcia o życiowych realiach. Kiedy pewnego dnia w ich mieszkaniu zjawia się piękna dziewczyna, postanawiają porzucić dotychczasowy styl życia i poszerzyć horyzonty.
Ziemia w dość odległej na szczęście przyszłości. Planeta została zaśmiecona przez ludzi do tego stopnia, że zmuszeni byli ją opuścić na pokładzie wielkiego statku kosmicznego Axiom. WALL-E (Wysypiskowy Automat Likwidująco Lewarujący. E-klasa) jest małym robocikiem obdarzonym niezwykłą osobowością. Mieszka sam na Ziemi i czuje się tu bardzo samotny. Wieczory umila sobie oglądaniem jedynej ocalałej wideokasety - musicalu „Hello Dolly". Pewnego dnia poznaje przybysza z kosmosu - nowoczesną i przepiękną EWĘ.
Od tej chwili jego życie całkowicie się zmienia, a uczucia do EWY powodują, że WALL-E odkrywa swoje prawdziwe przeznaczenie i wyrusza na wyprawę po niewyobrażalnie fantastycznym wszechświecie.