Ausgerechnet jetzt, da er als Newcomer die etablierten Stars am Rande der Niederlage hat und nur noch ein Entscheidungsrennen aussteht, verfährt sich der etwas egomanische, aber sympathische Rennwagen Lightning McQueen in der Wüste. Er landet in dem abgelegenen Hinterwaldnest Radiator Springs, wo die Uhren eher wie in den 50ern gehen und man den ungestümen Raser nach Kollateralschäden ein paar Lektionen erteilt.

Das Mammut Manny und seine Freunde Sid und Diego sehen sich mit neuen Problemen konfrontiert. Nachdem sie es sich inmitten des Eises gemütlich gemacht haben, stellen sie fest, dass das Eis hinter einer grossen Eiswand zu schmelzen beginnt. Es gilt also für alle Tiere eine neue Bleibe zu finden, wollen nicht alle in einer riesigen Flutwelle umkommen. Am anderen Ende des Tals liegt ein Boot, das man zu erreichen versucht. Die Reise dorthin erweist sich für alle jedoch alles andere als leicht.