WALL-E masih menjalankan tugas membersihkan Bumi ketika manusia telah meninggalkannya. Rutinitas panjang itu menyisakan ruang bagi rasa ingin tahu dan kesepian pada robot kecil tersebut. Kedatangan EVE, robot penjelajah dengan tugas berbeda, memperkenalkan sebuah hubungan baru sekaligus kemungkinan yang menyangkut masa depan planet. Saat EVE kembali ke luar angkasa, WALL-E mengikutinya dan masuk ke dalam perjalanan yang jauh melampaui pekerjaannya semula. Film ini berangkat dari keadaan sederhana: makhluk buatan yang terus bekerja di dunia yang ditinggalkan. Dari sana terbuka petualangan dengan pertanyaan tentang rumah, kepedulian, dan tujuan. Perubahan tujuan WALL-E dimulai melalui pertemuan dengan robot lain. Rasa ingin tahu yang tumbuh dalam kesendirian kini mendorongnya meninggalkan rutinitas, sementara sesuatu yang ditemukan di Bumi berkaitan dengan keberadaan manusia jauh di luar sana.