L'astro nascente delle corse Saetta McQueen, un fiammante bolide con il successo come obiettivo, si trova costretto ad un'inaspettata deviazione nel corso del lungo viaggio per partecipare alla gara più importante della sua carriera. Bloccato nella sonnacchiosa cittadina di Radiator Springs, lungo il vecchio tracciato della Route 66, incontra Sally, Car Attrezzi, Dottor Hudson e tutta una serie di bizzarri personaggi che lo aiuteranno a capire che nella vita non contano solo i trofei e la fama.