Saetta McQueen, un'auto da corsa alle prime armi portata al successo, mentre attraversa il paese per partecipare alla gara Piston Cup, si trova in una silenziosa cittadina sulla Route 66, Radiator Springs. Qui conosce Sally, una bellissima Porche del 2002, il dottor Hudson, una Hudson Hornet del 1951 dal misterioso passato, e Carl Attrezzi, un amichevole ma arrugginito carro attrezzi. I nuovi amici aiutano Saetta a rendersi conto che nella vita ci sono cose più importanti dei trofei e della fama.