Герой картины — гоночный автомобиль МакКуин по прозвищу «Молния», привыкший жить только на полной скорости. Во время поездки в Калифорнию, где должен состояться финал автогонок, в которых он участвует, МакКуин во сне вываливается из везущего его трейлера и в надежде его нагнать сбивается с пути, нарушает все мыслимые и немыслимые правила, после чего оказывается арестованным в захолустном городишке Радиатор-Спрингс на Шоссе 66. Там он знакомится с другими персонажами: тягачом Метром (тот хочет стать самым быстрым автомобилем в номинации «ездок задком»), итальянским автомобилем-коммивояжёром Луиджи (который постоянно предлагает «Молнии» купить новые шины), тату-мастером Рамоном (склоняющим МакКуина перекраситься), судьёй Доком (который на самом деле оказывается отшельником, в прошлом знаменитым гонщиком Великим Хадсоном Хорнетом) и звездой города — красавицей Салли Каррера (Порше 911). Все эти машины становятся друзьями Молнии и помогают ему увидеть смысл жизни не только в вечной погоне за славой и успехом, но и в простых «автомобильных» радостях. Сам же МакКуин помогает друзьям вдохнуть новую жизнь в город, который был вычеркнут из всех автомобильных карт после того, как в обход него было проложено новое современное скоростное шоссе.