La Tierra se ha vuelto un planeta tan contaminado que los humanos decidirán abandonarlo en una nave gigante llamada Axiom hasta que éste vuelva a ser habitable. Pero con el paso de los años, los miles de robots WALL-E encargados de limpiar el planeta comenzarán a romperse, quedando solo uno de ellos en pie. Este último robot hará lo posible por cumplir con su tarea, a pesar de sentirse cada día más solitario y a la vez interesado por las costumbres de los humanos. Un día, la nave espacial envía a la Tierra una nueva unidad llamada EVE para investigar las posibilidades de supervivencia de los humanos. WALL-E quedará prendido de EVE al instante, intentando conquistarla; pero cuando la robot cumpla su misión y deba retornar a la nave humana, WALL-E se revelará a su programación para seguir a su amada al espacio exterior.