La película comienza con la carrera final de la temporada de la Copa Pistón. Los favoritos, empatados en puntos por el liderazgo son, el veterano siete veces campeón Strip Weathers "El Rey", su constante perseguidor Chick Hicks, y el novato estrella, el Rayo McQueen. McQueen logra sacar una ventaja enorme, pero al negarse a cambiar sus neumáticos, en la última vuelta le explotan y la carrera termina en un triple empate con Chick y el Rey. El desempate se hará dentro de una semana en el Autódromo Internacional de Los Angeles. El Rayo está desesperado por ganar el campeonato, ya que desea abandonar el patrocinio de Rust·eze, un negocio de medicina para aliviar la corrosión y sus autos oxidados, y tomar el puesto del Rey como la imagen del lucrativo equipo de Dinoco. Determinado a llegar a California y comenzar a practicar tan pronto como sea posible, el Rayo obliga a su camión transporte, Mack, a que conduzca toda la noche sin parar.

La película inicia con una transmisión enviada por el agente secreto Leland Turbo a su colega Finn McMissile antes de ser descubierto. McMissile se dirige a la locación a encontrarse con Turbo a bordo de un barco remolcador en algún lugar sobre el Océano Pacífico, y se infiltra a escondidas en una plataforma petrolera. Un grupo de autos “láminas” encabezados por el Profesor Zündapp, están discutiendo sobre sus futuros planes, incluyendo un arma con forma de cámara de televisión que pronto planean poner en acción. Luego de ver que a su compañero Turbo lo convirtieron en un cubo en una compactadora, McMissile es descubierto y se ve forzado a escapar, sin saber qué es lo que planean ni qué es lo que hace su supuesta arma.

Mientras tanto, en otra parte del planeta, el Rayo McQueen regresa a su hogar en Radiador Springs luego de ganar su cuarta Copa Pistón (renombrada Copa Pistón Hudson Hornet, en memoria de Doc Hudson quien falleció algún tiempo atrás), dispuesto a pasar tiempo de calidad con su mejor amigo Mate y su novia Sally Carrera. Durante una cena con Sally en el Hotel Rueda Rueda, ven por televisión en el programa de Mel Dorado un anuncio sobre el “Gran Prix Mundial”, una serie de carreras donde participarán los autos de carreras más rápidos del mundo, evento organizado por Miles Axlerod, un antiguo magnate de petróleo que supuestamente se convirtió en un vehículo eléctrico y ahora busca promover su combustible renovable, Allinol. Resulta ser que McQueen recibió una invitación para participar, pero se rehusó ya que quiere descansar y pasar tiempo con su novia y amigos en el pueblo. Ante esto, un corredor italiano de Fórmula llamado Francesco Bernoulli se burla de él y lo insulta en televisión a nivel nacional. Esto provoca que Mate llame al programa y salga en defensa de su amigo, y cuando Francesco lo insulta a él también, McQueen acepta su desafío y acuerda entrar en el Gran Prix. Por insistencia de Sally, McQueen acepta llevarse a Mate con él, aunque pronto comienza a arrepentirse cuando la inocente grúa empieza a avergonzarlo con su comportamiento, y trata de convencerlo de que se controle.

Sipnosis: Cars Toon: Los Cuentos de Mate es una colección de cortos creados por Disney/Pixar basados en el entrañable camión Mate, de la película de animación Cars. Los personajes de una de las películas más aclamadas de los últimos años, se dan cita en nueve divertidos cortos en los que Mate asume el papel protagonista. El camión se verá envuelto en las más disparatadas situaciones: corridas de toros, conciertos de rock, carreras en Tokio ¡e incluso ovnis! Además, la colección incluye dos nuevos cortos nunca vistos de Mate: Mate en la luna y Detective Mate.