公元 2700 年，地球因人类过度破坏已沦为巨大垃圾场，人类被迫乘坐飞船离开，只留下名为瓦力的机器人负责清理垃圾。瓦力日复一日地工作，逐渐拥有了自我意识和情感，还收藏了不少人类留下的物品。一次，一艘宇宙飞船降落地球，放出了名为伊芙的探测机器人。瓦力对伊芙一见钟情，为了吸引她的注意，使出浑身解数。伊芙在扫描到地球上存在植物后进入休眠，瓦力不离不弃地守在她身边。随后，瓦力跟随伊芙登上宇宙飞船，来到人类所在的太空船。在那里，他和伊芙一起帮助人类重新找回了回到地球生活的勇气和希望，最终人类重返地球，瓦力和伊芙也继续陪伴彼此。