Einst war Charles Farmer ein vielversprechender Nachwuchsastronaut mit hochfliegenden Plänen - bis ihn familiäre Probleme dazu zwangen, den Job zu kündigen und sich als Farmer mit seiner Frau Audie, drei Kindern und Audies Vater Hal durchzuschlagen. Charles Leidenschaft aber glüht weiter und deshalb baut er in seiner Scheune eine Rakete. Darum ist er nicht nur hochverschuldet, sondern wird auch von der Regierung als Terrorist verdächtigt.

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.

Ein alter russischer Kommunikationssatellit droht aus der Atmosphäre in bewohntes Gebiet zu stürzen. Da die Technik dafür von dem Ingenieur Frank Corvin entwickelt wurde, muß er dafür herhalten, das Gerät wieder zu reparieren. Nur ist Corvin inzwischen ein alter Mann, der sich damals in den Fünfzigern Hoffnungen machte, als erste Crew ins Weltall zu starten. Doch das Projekt wurde abgeblasen. Corvin sagt zu, doch er legt Wert auf seine alte Crew, die inzwischen alle andere Jobs haben. In knapp dreißig Tagen müssen die alten Männer ein Weltraumtraining absolvieren, das für dreißig Jahre jüngere gemacht ist. Dann kommt der Tag der Entscheidung: der Start ins All...