Efter åratal av ohejdad konsumtion är Jorden täckt av skräp. För att göras beboelig igen flyr människorna Jorden och placerar ut miljontals små robotar för att städa upp. Efter hundratals år finns bara roboten WALL-E kvar; allt han vet om människor har han lärt sig av våra kvarlämningar. Han känner sig ensam, men en dag möter han roboten EVE, och ett stort äventyr kan ta sin början...