公元 2700 年，地球已被人类破坏成一个巨大的垃圾场，人类被迫乘坐飞船离开。仅留下一台名为瓦力的垃圾清理机器人继续日复一日地工作。瓦力在漫长的岁月中逐渐有了自我意识，还收藏了不少人类留下的小物件。一次，一艘宇宙飞船突然降临，从上面下来了一个名叫伊芙的探测机器人。瓦力对伊芙一见钟情，为了给伊芙展示自己的宝贝，他带伊芙回到自己的小窝里。伊芙在瓦力的收藏中发现一株绿色植物，这可是证明地球能再次适合人类居住的关键证据，于是伊芙进入休眠状态等待飞船回收。瓦力不舍伊芙离开，一路跟随她上了飞船。在飞船上，瓦力和伊芙经历了一系列冒险，最终他们成功让人类重返地球，开启了新的生活。