Lightning McQueen, o mașină de curse, descoperă că în viață contează călătoria, nu linia de final. El are această revelație când face un ocol și ajunge în orășelul Radiator Springs. În drumul prin țară spre campionatul Piston Cup din California, unde urmează să se întreacă cu doi profesioniști, Lightning McQueen cunoaște îndeaproape personajele din oraș – inclusiv pe Doc Hudson, Sally Carrera și Mater. Aceștia îl ajută să își dea seama că în viață există lucruri mai importante decât trofeele, faima și sponsorizările.

Totul începe atunci când Lightning decide să participe la Grand Prix-ul Mondial și pornește alături de prietenii săi în ceea ce va deveni aventura vieții lor. Grație acestui concurs, personajele ajung să călătorească în țări precum Italia, Marea Britanie sau Japonia, iar diferențele culturale de care aceștia se izbesc dau naștere multor situații comice. Dar, de data aceasta, cursele de mașini nu mai constituie subiectul central al poveștii. Și asta datorită lui Mater, care se trezește în mijlocul unei operațiuni secrete în care el însuși este spionul principal. Astfel este prins într-o cursă incredibilă pe străzile Japoniei și Europei, în mijlocul unei aventuri pline de peripeții, tractat de prietenii lui și urmărit de o lume întreagă.

Doi tați disperați se întrec într-o luptă fără limite pentru a fi cel mai bun tată și pentru a oferi cel mai frumos Crăciun trăit vreodată. Tatăl Larry, iubitor și liniștit, încearcă din răsputeri să cumpere cadoul perfect pentru Noel, fiica lui în vârstă de 8 ani. Cea mai dorită jucărie a acestui Crăciun, ursul Harrison, nu se mai găsește nicăieri și noul tată vitreg al lui Noel vrea ca lucrurile să rămână așa astfel încât el să fie cel care îi va îndeplini dorința copilei. Când Larry află că tot ceea ce își dorește Noel de Crăciun este ursul, nu se va opri de la nimic pentru a-și face fata fericită și a-i obține jucăria visurilor sale.

Luat prin surprindere de o nouă generație de mașini de curse, legendarul Fulger McQueen este scos din sportul pe care îl iubește. Pentru a se putea întoarce va avea nevoie de ajutorul unui mecanic priceput, un plan bine pus la punct și evident mult noroc. Dovada că numarul #95 nu se lasă bătut va trebui oferită chiar în cea mai mare cursă din Cupa Piston.