هفتصد سال از ترک زمین توسط انسان‌ها سپری شده، و آنچه که بر روی کرهٔ زمین باقی‌مانده، کوه‌ها زباله و آهن‌پارهٔ انباشته‌است. وال-ئی ربات هوشمند آشغال‌جمع‌کنی است که مأموریت دائمش، فشرده‌سازی و جمع‌آوری این پسماندها و آلودگی‌های صنعتی است.
روزی وال-ئی مشغول کار است که سفینه‌ای غول‌پیکر از فضا فرود می‌آید و مهمان کوچکی را بهمراه خود می‌آورد. این مهمان ایو نام دارد و توسط وال-ئی با لفظ ایوا تلفظ می‌شود. ایو که ربات پیشرفته‌ای است موظف است که نشانه‌های حیات را در کره زمین شناسایی کرده و در صورت موفقیت، آن را به انسان‌ها در اعماق فضا برده و گزارش کند.
وال-ئی دلباختهٔ او می‌شود و ایو زمانی که بالاخره گیاه سبز نادری را می‌یابد و زمین را ترک می‌کند، وال-ئی به دنبال او به فضا می‌رود و عشق و حیات را به زمین برمی‌گرداند.
