WALL-E, Waste Allocation Load Lifter Earth-Class, est un robot chargé d’une mission: celle de nettoyer la Terre de ses déchets la rendant inhabitable. Il est le dernier robot à faire cela et passe ses journées à construire des tours avec ce qu’il compacte. Il puise son énergie du Soleil et possède un animal de compagnie : Hal.
WALL-E n’est pas un robot comme les autres puisqu’il est extrêmement curieux et n’hésite pas à récolter et collectionner tout un tas d’objets qu’il récupère lors de ses journées de travail.
EVE, Evaluatrice de Végétation Extraterrestre, est une sonde noire et blanche envoyée sur Terre pour tenter d’y découvrir de la vie en scannant ce qu'elle trouve. Elle s'amuse d'un rien mais peut également avoir des excès de colère qui lui font détruire tout ce qui l'entoure.
Elle fait la connaissance de WALL-E pour qui elle reste méfiante au début. Quand il l'invite chez lui, elle se met à jouer avec ce qu'il lui présente. Il lui présente la plante qu'elle se met à scanner. Automatiquement elle la récupère et se met en état de veille.