화려한 성공과 갈채를 꿈꾸는 주인공 라이트닝 맥퀸이 잊혀진 66번 국도의 '래디에이터 스프링스'란 한적한 시골로 들어서게 된다. 맥퀸은 미스터리한 과거를 지닌 닥 허드슨(폴 뉴먼), 샐리, 메이터(목소리 래리 더 케이블 가이)등을 만나면서 명성과 스폰서, 트로피 뒤에 가려진 소중한 가치를 깨닫게 된다.