픽사 영화의 두 제작자들은 스파크쇼츠만의 색을 화면에 담기 위해 노력하고 있다.

모든 사람의 머릿속에 존재하는 감정 컨트롤 본부. 그곳에서 불철주야 열심히 일하는 기쁨, 슬픔, 버럭, 까칠, 소심 다섯 감정들. 정든 옛 동네를 떠나 도시로 이사하는 라일리 가족. 이사 후 새로운 환경에 적응해야 하는 라일리를 위해 그 어느 때 보다 바쁘게 감정의 신호를 보내지만 우연한 실수로 기쁨과 슬픔이 본부를 이탈하게 되자 라일리의 마음 속에 큰 변화가 찾아온다. 라일리가 예전의 모습을 되찾기 위해서는 기쁨과 슬픔이 본부로 돌아가야만 한다. 그러나 엄청난 기억들이 저장되어 있는 머릿속 세계에서 본부까지 가는 길은 험난하기만 한데...

실뭉터기인 펄은 열정적이고, 빠르게 연화하는 남성 중심의 신생 기업에 일자리를 얻었다. 그녀는 동료들과 잘 어울리려고 노력하는데...

화려한 성공과 갈채를 꿈꾸는 주인공 라이트닝 맥퀸은 경주에서 성공하는 것만이 인생의 모든 것이라 생각하는 타오르는 청춘. 하지만 피스톤 컵 챔피온쉽에 참가하기 위해 달리던 중 경쟁과 함성과는 동떨어진 래디에이터 스프링스란 한적한 시골로 들어서게 된다. 이제는 지도에 조차 표시되지 않는 한적한 66번 국도. 조용하지만 다양한 캐릭터들이 큰 열정을 간직하고 있는 이곳에서 맥퀸은 미스터리한 과거를 지닌 닥 허드슨과 샐리, 그리고 메이터를 만나게 된다. 그들을 통해 인생이란 목적지가 아닌, 여행하는 과정 그 자체이며 명성과 스폰서, 트로피 뒤에 가려진 소중한 가치를 깨닫게 되는데...