Veterano das pistas, o campeoníssimo Relâmpago McQueen se vê em apuros após o surgimento de um novato bastante veloz, Jackson Storm, que utiliza de alta tecnologia nos treinamentos. Obrigado a chegar ao limite para batê-lo, McQueen acaba sofrendo um sério acidente durante uma corrida, que o obriga a abandonar o campeonato daquele ano. Prestes a iniciar a próxima temporada, ele se vê em dúvidas sobre se consegue ser rápido o suficiente para bater Storm e, por causa disto, busca ajuda com seu novo patrocinador.