한때 최고의 스피드를 자랑하던 레이싱계의 전설 라이트닝 맥퀸은 어느덧 날렵한 디자인과 파워풀한 엔진을 장착한 신예들에 밀려 퇴물 소리를 듣게 된다. 경쟁하던 동료들 역시 하나둘 은퇴를 선언하고, 외롭게 스피드 경쟁을 펼치던 맥퀸도 떠오르는 슈퍼스타 스톰에게 망신을 당하며 1위 자리를 내준다. 급기야 치명적 부상을 입고 은둔생활을 하게 된다. 그러던 중 맥퀸은 젊은 트레이너 크루즈를 만나 재기를 도모한다. 하지만 안 맞아도 너무 안 맞는 크루즈와의 훈련은 맥퀸을 또 다시 어려움에 빠트리는데...
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