Villám McQueen a Szelep Kupa versenyének zöldfülű újonca. Mérhetetlenül elbizakodott, arrogáns, megbecsülést nem mutat csapata iránt, másokkal se nagyon törődik, csakis az érdekli, hogy ő legyen az első újonc, aki megnyeri a Szelep Kupát és egy rendkívül jövedelmező szerződéshez jusson a Dinocóval. Igen ám, de a futam hármas holtversenyt hoz McQueen, az állandó második és a szabályokra fittyet hányó Joe Komposztor és a veterán King között.
A verseny után Villám és szállítókamionja, Mack országon átívelő éjszakai útra indul Kaliforniában, a mindent eldöntő megmérettetés helyszínére. Mivel mindenáron először akar odaérni, Villám nem engedi Macket aludni a pihenőhelyen. Mialatt Villám hátul alszik, négy tuning országúti verda szórakozni kezd Mackel, amitől az álmos kamion egy pillanatra lehajt az útról, épp elég időre, hogy kinyíljon a hátulja, s az alvó Villám kiguruljon az országútra. Villám kétségbeesetten próbálja utolérni Macket, de eltéved és egyedül találja magát az éjszaka közepén a félreeső 66-os úton; megpróbál visszajutni az országútra, de ez nehezen megy fényszórók híján.
A fényszórók nélkül száguldozó autó rövidesen szemet szúr egy kisvárosi seriffnek. Vad üldözés veszi kezdetét, ami azzal ér véget, hogy McQueen feldúlja egy elfeledett sivatagi kisváros, Kipufogó-fürdő főútját. Villámot elfogják, bilincsbe verik és bíróság elé állítják. A helyi idősödő bíró, Doc Hudson először ejteni akarja az ügyet és megszabadulni McQueentől, ám Sally, a 2002-es Porsche színrelép és meggyőzi a dokit, hogy Villám maradjon és javítsa meg az utat, amit tönkretett.
Eleinte Villám McQueen arrogáns marad és csak magára gondol, s minél előbb le akar lépni Kipufogó-fürdőből, hogy a kaliforniai versenyre jusson. Egy szökési kísérlet és egy elfuserált útjavítás után Doc Hudson kihívja Villámot egy sivatagi futamra. Ha McQueen nyer, elhagyhatja a várost. Ha a doki nyer, Villám köteles eleget tenni az ítéletnek és Doc utasításait követni. Villám nevetve megy bele a könnyű próbába, s hatalmas előnyre tesz szert, míg Doc a startvonalnál marad. Villám megpróbál bevenni egy éles kanyart a porban, ám lerepül az útról, egyenesen egy kaktuszosba, éppen ahogy Doc gondolta. A versenyt Doc nyeri.
Az elkövetkezendő néhány napban Villám fokozatosan ismeri meg a városkát és lakóit. Megtudja, hogy a szinte elhagyatott város életét a 40-es országút építése zökkentette ki a mindennapjaiból, évtizedekkel ezelőtt. McQueen összebarátkozik az együgyű, de hűséges vontatókocsival, Matukával és Sallyvel, a Porschével. Sally megmutatja Villámnak, miért is szereti Kipufogó-fürdőt, s elmeséli neki, mennyire kiemelkedő volt a város turizmusa a 66-os út mentén, ami az autópálya megépítésével teljesen eltűnt.
Villám kezdi megkedvelni Kipufogó-fürdőt, de továbbra is izgatja az a sivatagi éles, poros kanyar. Doc tanácsokat ad neki ezzel kapcsolatban, de McQueen figyelmen kívül hagyja az öreg járgány látszólag nevetséges utasításait. Ezután Villám felfedezi, hogy Doc Hudson egykor nagy versenyző volt, háromszoros Szelep Kupa bajnok az ’50-es években, egészen addig, míg egy súlyos baleset véget nem vetett karrierjének. Miután Villám rájött titkára, a doki fülest ad a médiának McQueen hollétéről, amiről egy hete nem tudtak semmit. Villám gyorsan felszívódik, hatalmas médiafelhajtással Kaliforniába jut.
Kaliforniában, a bajnoki futamon Villám képtelen koncentrálni, mert esze folyton Sallyn és Kipufogó-fürdőn jár. Gyengén kezd neki a versenynek, ám miután felfedezi, hogy sok barátja eljött Kipufogó-fürdőből, hogy csapataként segítsék, csapatfőnökként Doc Hudsonnal (a régi #51 „Csodálatos” Hudson Hornet festéssel) az élen, McQueen összeszedi magát. Felzárkózik, majd a vezetést is megszerzi az utolsó körben, köszönhetően annak, hogy végre megértette a doki tanácsát az éles sivatagi kanyarról.
Mikor már úgy tűnik, Villámé lesz a bajnoki cím, Joe Komposztor, utolsó elkeseredett lépésként szántszándékkal kilöki Kinget, aki többször megpördülve tengelye körül súlyos balesetet szenved. Villám, emlékezve Doc balesetére, ami véget vetett karrierjének, lefékez a célvonal előtt, zöld utat adva Komposztornak az első helyhez, és visszamegy segíteni Kingnek; áttolva őt a célvonalon méltó befejezést biztosít számára. Joe Komposztor megnyeri a Szelep Kupát, de a közönség kifütyöli, csodálatukat Villám McQueen nyeri el önzetlenségéért és megbecsülésének kimutatásáért. Noha a Dinoco felkínálja neki, amiről álmodott, Villám úgy dönt, régi szponzoránál, a Rust-Eze-nél marad, és visszamegy Kipufogó-fürdőbe – teljes versenycsapatával egyetemben. McQueennek köszönhetően a város turizmusa fellendül, s a település megmenekül a lassú vegetálástól.
