Bohaterów filmu rysowano ręcznie. Chris Sanders mówi: Nasz film wyglądałby zupełnie inaczej, gdybyśmy zrealizowali go w konwencji animacji komputerowej. Nie emanowałby takim szczęściem ani spokojem. Surfowanie byłoby dużo mniej stylizowane, a głowę Lilo musielibyśmy całkowicie zmienić. Zależało nam, by to sama historia, którą opowiadamy i pełne uroku postacie przydawały filmowi dodatkowego wymiaru. Za animację Lilo odpowiedzialny był Andreas Deja, który może poszczycić się dwudziestoletnim stażem pracy w studiu Disneya. Animował on wcześniej takie postacie jak Gaston z "Pięknej i Bestii", Jafar z "Aladyna", Skaza z "Króla lwa", Herkules z filmu pod tym samym tytułem czy myszka Mickey z "Fantazji 2000". Andreas Deja mówi: Zakochałem się w tym filmie, jak tylko Chris pokazał mi swoją prezentację. Wiedziałem, że będzie wzruszał bez popadania w przesadny sentymentalizm, ma bowiem urok klasycznych filmów Disneya z lat 30-tych i 40-tych.
Przed przystąpieniem do pracy Deja wyjechał wraz z innymi na Hawaje. Mieszkające tam dzieci śpiewały dla niego piosenki w swoim ojczystym języku, czym - jak przyznaje - wzruszyły go do łez. Z podróży przywiózł także rysunki, które służyły mu potem jako źródło inspiracji. Jak mówi: Lilo to najtrudniejsza postać w całej mojej dotychczasowej karierze. Myśli, snuje plany i subtelnymi środkami wyraża bardzo złożone emocje. Minęło wiele czasu, zanim udało mi opracować dla niej odpowiedni repertuar środków wyrazu. O wyjątkowości naszego filmu decydują skomplikowane związki między bohaterami. Sam mam dwie siostry, starszą i młodszą, mogę więc zaświadczyć, że więzi łączące Lilo i Nani oddano z niezwykłym wprost realizmem. Nad Stichem pracował Alex Kupershmidt, animator ukraińskiego pochodzenia, który animował wcześniej konia w "Mulan" i hieny z "Króla lwa": Taka postać trafia się animatorowi raz w życiu - mówi. - Stich działa impulsywnie, myśli bardzo szybko i kiedy już zdecyduje się na coś, bez wahania wkracza do akcji. Reaguje całym ciałem i bez przerwy zaskakuje widza. Zwykle bohatera filmu zdradzają oczy, Stich ma jednak wielkie czarne oczy bez źrenic, z których nic nie można wyczytać - trzeba być więc gotowym na wszystko. Studiowałem ruchy psów, kotów i jaszczurek, chciałem bowiem, by Stich był zwinny i nieobliczalny. Uwielbia chaos i hałas. Jest niczym dziecko, które nie chce broić, lubi jednak prowokować zamieszanie. Ma praktycznie takie same proporcje jak myszka Mickey, z tym że nie ma tak wielkich stóp, a jego kształty są nieco krąglejsze. Chris Sanders porównuje go do... hydrantu, mnie jednak bardziej kojarzy się z workiem cementu. Stich jest plastyczny, ale masywny, no i niezniszczalny...
Chris Sanders mówi: Alex dał z siebie wszystko. Zdarzało się, że bawił nas do łez, chciał bowiem wiedzieć wszystko o swoim bohaterze. Zadawał nam pytania w rodzaju: "Jak myślicie, czy Stich skusiłby się na szparagi, czy też wybrał raczej jaja na twardo?". Animację starszej siostry Lilo, Nani, powierzono francuskiemu animatorowi Stephane'owi Sainte Foi, który do niedawna pracował w paryskim studiu Disneya, po czym przeniósł się na Florydę. Zawdzięczamy mu m.in. kluczowe sceny z udziałem Jane w zrealizowanym w 1999 animowanym "Tarzanie". Jumbę animował inny były pracownik paryskiego studia Bolhem Bouchiba, podczas gdy za dwie inne postacie - entuzjastę życia na Ziemi Plikliego i dawnego chłopaka Nani, Davida Kawenę - odpowiedzialny był Ruben Aquino, który pracuje w wytwórni Disneya od 1982 i ma w dorobku m.in. "Małą syrenkę" (postać Urszuli), "Króla lwa" (dorosły Simba) i "Mulan" (Shang). Ruben Aquino mówi: Plikli to obok Urszuli najzabawniejsza postać, którą dane mi było animować. Ma trzy nogi - o kilka mniej niż Urszula - musieliśmy więc opracować dla niego zasady ruchu, ze zrozumiałych względów nie mogliśmy bowiem szukać natchnienia w naturze. Ma jedno oko, w samym środku jego jedynej brwi musieliśmy więc rysować niewidzialną linię, tak by nadać jego twarzy właściwy wyraz. Plikli nie przywykł do ziemskiej grawitacji, trzęsie się więc jak galareta. W naszym filmie jest źródłem humoru.
Cobrę Bubblesa, budzącego respekt pracownika opieki społecznej, animował Byron Howard, który pracował także nad szeregiem pomniejszych postaci, a byli wśród nich członkowie pozaziemskiej rady i tańczące hula hawajskie dziewczęta. Jak mówi: Mimo iż Cobra jest wrogo nastawiony do naszych bohaterów, szkicując go opieraliśmy się na bardzo "miękkich" kształtach. Dzięki temu widzowie uświadomią sobie, że nie jest postacią jednowymiarową i coś w sobie kryje. Początkowo nosi okulary przeciwsłoneczne, nie widzimy więc jego oczu i możemy tylko zgadywać, co sobie naprawdę myśli. Wydaje się nieprzystępny, ale w miarę rozwoju akcji ujawnia zdobywa sympatię widza.
