O mundo das corridas é outro: esteiras, túneis de vento e realidade virtual fazem parte do treinamento de novatos que estão substituindo rapidamente os pilotos mais velhos. Relâmpago McQueen começa a ser passado para trás, o que faz com que ele acelere demais numa disputa e sofra um grave acidente. Após capotar várias vezes e quase não sobreviver, o campeão vai ter sua vida alterada para sempre. McQueen começa um forte trabalho de recuperação para provar aos críticos e a si mesmo que ainda pode correr em alto nível e vencer essa nova geração.