À peine revenu d’un championnat, la star des circuits Flash McQueen est déjà invitée à participer à un nouveau tournoi : le premier Grand Prix Mondial. Pendant ce temps, l’agent secret Finn McMissile et son assistante, la charmante Holley Shiftwell, tentent d’empêcher le professeur Z d’accomplir ses desseins. Ces derniers vont trouver en Martin, le meilleur ami de Flash, un curieux et redoutable allié !…