מכוניות 2
עלילה

מיילס אקסלרוד, רכב שטח אשר בבעלותו שטח הנפט הגדול בעולם, מחליט למכור אותו ולהפוך לרכב חשמלי, לאחר שנכשל בניסיונו להקיף את העולם ונתקע בג'ונגלי אמריקה הדרומית למשך 36 יום. הוא יוצר דלק ידידותי לסביבה תחת השם "אולינול", ומחליט ליצור שורת מרוצים המונעים בדלק. פין מקמיסייל, סוכן הביון הבריטי, מנסה לעצור מזימת מבוקשים הפועלים עתה במאגרי הנפט הללו. פין מקבל את קריאת המצוקה לתגבורת לא-גלויה מהסוכן לילנד טורבו, אשר טוען בהקלטה ששלח לביון הבריטי, ובו הוא מסביר כי באסדות הקידוח יושבות על מאגרי נפט בלתי-נדלים, אך לא רק על זה. פין מגלה שפרופסור זונדאפ, פרופסור מבוקש על ידי האינטרפול ומומחה לפיזיקה גרעינית, סוחר עם מכוניות מקולקלות בשם "דפקטים", בפיסות טכנולוגיות בלתי-חוקיות. הפעם הדפקטים העבירו לפרופסור מה שנראה כמו מצלמת חדשות רגילה, אך פרופסור זונדאפ טוען שמדובר בהרבה יותר. שני דפקטים ניגשים לפרופסור, ומראים לו מה עשו עם הסוכן לילנד טורבו. מסתבר כי הדפקטים הצליחו לתפוס את לילנד, ולגרוס אותו לערימת זבל. פין נבהל מזה, והפרופסור והדפקטים רואים אותו. הדפקטים רודפים אחרי פין לאורך כל האסדה, ובסוף הוא צונח למים, ופרופסור זונדאפ והדפקטים משוכנעים שהוא מת. בעצם, הוא רק העביר למצב צוללת, והשאיר כמה גלגלי ספייר על המים כדי לזייף את מותו.
מטור, רכב הגרר של רדיאטור ספרינגס מחכה בקוצר רוח לשובו של חברו, רכב המרוץ ספידי מקווין. מקווין, מגיע לעיירה כזוכה בפעם הרביעית ברציפות ב"גביע הבוכנה", המוקדש לחברו "דוק הדסון" המנוח. לאור התבטאויותיו השחצניות של פרנצ'סקו ברנולי, רכב מרוצים איטלקי רברבן שסאלי, חברתו של מקווין, מעריצה, משכנע מטור את מקווין להתחרות בברנולי במרוץ הגרנד-פרי הראשון אשר בטוקיו, יפן, מרוץ האולינול הראשון של אקסלרוד. בטוקיו, עת מתראיין מקווין בחברת מטור העליז "יתר על המידה" עם אקסלרוד, נדהם אקסלרוד לגלות דליפת שמן פתאומית לרגלי מטור. מקווין גוער במטור בצד על התנהגותו הבולטת, ומצווה עליו להתנקות היטב ולהירגע. מטור טוען לעומתו כי הוא דווקא תקין ומעולם לא היו לו דליפות שמן, אך ניגש לשירותים בעקבות ציוויו החריף של מקווין.
בינתיים, הולי שיפטוול, סוכנת מתחילה בביון הבריטי נפגשת עם הסוכן מקמיסייל, המורה לה כי עליה להיפגש עם סוכן מארגוני הביון האמריקאי המחזיק במידע חיוני על ארגון הפשע שברשותו שדה הנפט. שיפטוול ממהרת למקום הפגישה עם הסוכן אמריקאי בהכוונת איתותי GPS שלו, אך באותם רגעים הוא נחשף ומותקף על ידי כמה מחברי ארגון הפשע בשירותים בו מתנקה מטור - שאינו שומע דבר מן המתרחש בחוץ. הסוכן מחליט להשתיל את שבב המידע החיוני בעל ה-GPS על מטור היוצא מתא הניקוי, לפני שנלקח ומחוסל על ידי הפושעים, העולים די מהר על העובדה שהמידע החיוני הועבר למטור בחדר השירותים וממהרים לעקוב אחריו כדי לחסלו.
עקב כך, מטור מאותר בטעות כסוכן החשאי, וצוות הסוכנים מאתר אותו ומגייס אותו לשירותיהם. מטור, המשמש כאיש צוות של מקווין גורם לו להפסיד במרוץ הראשון לברנולי, ועקב זאת מסלק אותו מקווין משירותיו. במהלך המרוץ, מכוון ארגון הפשע מקרן דמוי-מצלמה בעל קרינה קטלנית שנקרא מכולל קרינה אלקטרומגנטית לעבר מכוניות המרוץ המונעות באולינול, ובכך גורם להתפוצצות מנועי 3 מכוניות. אקסלרוד משוכנע כי האולינול בטוח מספיק, וכי השימוש בו יימשך במרוצים הבאים.
אחר סילוקו, נוסע מטור לנמל-התעופה על-מנת לשוב לארצות הברית, אך צוות הסוכנים מאתר אותו שם ומעלה אותו למטוסם הפרטי אחר מרדף קצר של שניים מארגון הפשע. הצוות מבקש את עזרתו לפענוח תמונת מנוע רכב "טרנטה". מטור, המנסה ללא הצלחה להסביר לצוות כי אין הוא סוכן חשאי, מאיר את עיניהם כי אותו "טרנטה" עובר תיקונים רציניים עקב הימצאות חלקי חילוף רבים לצידו. צוות הביון עובר לפריז, צרפת, כדי להיעזר במדווח - חבר ארגון נוסף לא-רשמית, היחיד שיכול לומר להם מה מקור החלפים. המדווח, בראותו את התמונה, אומר להם כי הוא מכר את אותם חלפים רבים לרוכש מסתורי קבוע בתהייה ממושכת על סיבת כמות הקניות הללו, וכי הסיבה היא כנראה היותו הטרנטה שבתמונה. הוא עוד מוסיף כי תהיה פגישת "דפקטים" חשאית גדולה באתר הגרנד-פרי הבא, פורטו קורסה באיטליה, כפר הולדתו של לואיג'י מרדיאטור ספרינגס. צוות הביון בטוח כי הרכב הטרנטה הוא הבוס הראשי וכי הוא יימצא במקום.
מקווין, מודאג מההתרחשויות בימים האחרונים, משוכנע לדברי פילמור כי אין לו מה לחשוש מהאולינול, שכן הדלק "שלו" בטוח. באותה העת, מסווה צוות הביון את מטור כאחד מחברי ארגון הפשע, וזה מצטרף לפגישה החשאית ומגלה כי הדפקט, המדבר אליהם בטלוויזיה תחת חיסיון דומה לזה שבתמונה וקול מתכתי, הוא אכן הבוס. ארגון הפשע מחסל מספר מכוניות, ואקסלרוד נאלץ לבטל את האילוץ להשתמש באולינול. ספידי מקווין בלבד מתעקש כי ישתמש באולינול, והבוס מתקשר לאחד מחברי הארגון בבקשה לחסל את מקווין כדי להשבית את האולינול סופית. מטור נחשף בטעות לחבורת הדפקטים ונאלץ לברוח. מטור מנסה להודיע למקווין על איום הארגון, אך נתפס ומורדם יחד עם שיפטוול ומק-מיסייל. השלושה מתעוררים כשהם כפותים לגלגלי שעון הביג בן בלונדון, אנגליה, שם נערך המרוץ האחרון.
ארגון הפשע מנסה לחסל את מקווין במצלמת הקרינה, אך מסיבה לא מובנת הפעולה נכשלת לחלוטין. לכן, הם מודיעים כי ישנה פצצה בחדר הצוות של מקווין. מטור, מקמיסייל ושיפטוול מצליחים להימלט ברגע האחרון. כאשר מטור רץ להרחיק את הצוות מהפצצה, מגלים שיפטוול ומק-מיסייל כי הפצצה הוטמנה בכלל במצננו של מטור. אנשי רדיאטור ספרינגס מסייעים בעצירת כל חברי הארגון, כשסארג' והשריף מארגנים לשם כך תגבורת צבאית. אחד מבכירי הארגון, הפרופסור הגרמני מוכרח על-ידם לנטרל קולית את הפצצה, אך הוא רק מפעיל אותה. כאשר מפתח הברגים הרגיל של גווידו לא מצליח לשחרר את הפצצה, אומר לפתע מטור למקווין כי הפתרון למצב מצוי בידו.
מטור ומקווין נוסעים אל משמר המלכה, שם ניצב אקסלרוד, ומטור מאשים אותו לפתע כנוכל המבוקש ובאחיזת עיניים, משום שדליפת הדלק בו האשים אקסלרוד את מטור הייתה בכלל של אקסלרוד - כלומר, אקסלרוד הוא רכב דפקט מתחזה. בעשר השניות האחרונות מצליחים הנסיך ויליאם ואליזבת השנייה להימלט מהמקום. ברגע האחרון צועק אקסלרוד "הפסק עכשיו!", משפט המפעיל את ההפעלה הקולית של הפצצה והמערכת מזהה את קולו של אקסלרוד ומנטרלת את הפצצה. מטור חושף את מזימתו של אקסלרוד: זה הרגיש נורא לאחר הפסדיו הרבים בתחום הנפט, לכן החליט ליצור את דלק האולינול והכשיל אותו בכוונה תחילה כדי להחזיר את עסקי הנפט שלו חזרה לבורסה. מטור חותם את דבריו כאשר פותח את מכסה מנועו של אקסלרוד, ובו מתגלה מנוע סולר המבוקש מהתמונה. אקסלרוד נעצר על ידי המשטר הבריטי, והמלכה מעניקה למטור תואר "סר" מלכותי.
מקווין מארגן מרוץ גראנד פרי בינלאומי ברדיאטור ספרינגס, אבל אחר כל ההתעדכנויות של מטור על המזימה נגדו, נותר עם השאלה: מדוע לא התפוצץ הוא בשימושו באולינול? - שאלה שאף הסוכנים התחבטו בה, ואף הודיעו כי מחקרם העלה הפתעה שהאולינול אף הוא אחיזת עיניים - שכן הוא דלק רגיל לחלוטין אשר אקסלרוד ביצע בו פעולות כימיות על-מנת שיהפוך נפיץ תחת השפעת הקרינה. או אז נופל למקווין האסימון כשנזכר בדברי פילמור שהרגיעו כי הדלק "שלו" בטוח. אך פילמור עונה להם בשלילה כי לא היה זה הוא אלא סארג', שהחליף בחשאי את האולינול בדלק האורגני שלו, משום שלא סמך על אקסלרוד מלכתחילה, כשלדבריו "פעם איש נפט - תמיד איש נפט".