Осторожно, возможен спойлер:
Посередине киносюжета - машин после имени ВАЛЛ·И, который остается неповторимым хранителем своего варианта на заброшенной Земле, заваленной мусором и оставленной людьми. ВАЛЛ·И занимается уборкой планеты, коллекционируя и компилируя всевозможные объекты. Он находит старую игрушку, которая пробуждает в нем внимание и мечты о чем-то большем. Однажды к Земле возвращается звездолет, чтобы обследовать возможность восстановления жизни на планете. На борту находится машина Ева, которая должна найти доказательства присутствия жизни.
ВАЛЛ·И влюбляется в Еву и решает помочь ей в её миссии. Он начинает следовать за ней, несмотря на различные препятствия, включая личные промышленные ограничения и опасности со стороны других роботов. В процессе их приключений ВАЛЛ·И и Ева сталкиваются с множеством трудностей, пытаясь вернуться на корабль, где находятся оставшиеся люди. Эти люди замерзли, отделенные и зависимые от технологий, забыв, каково это - жить на Земле.
Происходят спонтанные события, и иногда ВАЛЛ·И открывает для себя новые нюансы своей жизни и потенциальные способности ради спасения планеты. Он находит старые записи, которые дают понимание о том, как важно заботиться о мире вокруг. Сегодня они близки к разгадке, однако цена высока.