El protagonista es el valiente Rayo McQueen, un coche de carreras novato y egoísta que descubre que la meta no siempre es llegar el primero. Atravesando el país en dirección al gran Campeonato de la Copa Pistón en California para competir con dos veteranos, McQueen se pierde en la mítica Ruta 66 y aparece en el pueblo perdido de Radiador Springs. Allí conoce a los originales personajes que lo habitan, incluida Sally (un llamativo Porsche de 2002), Doc Hudson (un Hudson Hornet de 1951 con un misterioso pasado), y Mater (una leal grúa oxidada). Todos ellos le ayudarán a comprender que hay cosas más importantes que conseguir premios, fama y patrocinios.