Cốt truyện bắt đầu với cuộc đua tranh đoạt Pitson Cup 2006 - một cuộc thi đua trong một thế giới toàn là xe hơi biết nói. Lightning McQueen - một tân binh được đáng hy vọng, The Kings - một nhà vô địch Pitson Cup nhiều năm và ông muốn có một chiếc cúp trước khi giải nghệ, Chick Hicks - người ở phía sau cái bóng của The Kings, là ba đối thủ nặng kí trong cuộc đua đã hòa nhau trong cuộc thi đấu nên phải đợi đến tuần sau sẽ có đợt đua lại ở California. Nhưng giữa đêm khuya, Lightning McQueen lại bị rơi khỏi xe tải Mack, lao vun vút trên đường quốc lộ 66, cậu đã đâm sầm vào thị trấn Radiator Springs - một nơi từng nhộn nhịp đông vui nhưng giờ đây trở thành quên lãng, phá nát đường đi và suýt bị ngồi tù. Chỉ vài ngày nữa, anh chàng phải tham gia cuộc đua, mong được đại gia Dinoco tài trợ để trở thành "sao". Nhờ sáng kiến của cô nàng luật sư Sally - một chiếc Porsche bóng bẩy đời 2002 - McQueen phải đem thân hình công tử ra kéo chiếc xe rải nhựa khổng lồ để làm lại đường. Cậu làm quen với rất nhiều người. Ngoài ra còn có Mater chiếc xe tải cũ mèm, gỉ sét và vui tính. Từ thị trấn nhỏ bé này, McQueen đã nhận ra nhiều điều ý nghĩa trong cuộc sống.