När Blu, en tam papegoja från en småstad i Minnesota, träffar den strängt oberoende Jewel, ger han sig ut på ett äventyr till Rio de Janeiro med fågeln i sina drömmar.

Stjärnracingsbilen Lightning McQueen och hans kompis Mater beger sig utomlands för att tävla i World Grand Prix. Men vägen till mästerskapet blir krokig när Mater dras in i ett spännande äventyr på egen hand: internationell spioneri.