从外表上看起来，喜欢斑马和巧克力的楚元和同龄孩子没什么两样，一样的活泼可爱，招人喜欢。但他却被诊断出患有自闭症，妈妈庆淑（金美淑饰）听到消息后绝望地晕了过去。 之后，妈妈为了减少病症对孩子的影响，投入大量心血，请了教练（李基英饰）训练儿子跑步，希望他能在真正的马拉松赛比赛中跑玩全程。 随着时光的推移，楚元（曹承佑饰）长成了20岁的小伙子，但是智力仍停留在5岁孩子的水平上。他会把弟弟当成老师般尊敬，一听见音乐就不分场合、地点的手舞足蹈，但这一切并没有影响他的目标，在良母恩师的支持鼓励下，他朝着马拉松比赛的冠军不断奔跑。
Kim和罗恩开始了一个新的学年，才发现，罗恩的家人正在向挪威。这使得应变他们的合作伙伴关系，就如同Drakken博士，猴子拳头，达夫Killigan组队找到并使用一个古老的时间旅行装置统治世界。在过去，现在和未来的攻击金，可以将这些villians成功吗？或将无法预料的力具有更大的破坏性？
凯文·培根饰演美国大学篮球队的助理教练，偶然在纪录片中发现了一名非洲的灌篮好手，于是飞到当地去想拉拢他加盟，不料他竟是土著的王子，父王坚持不让儿子去美国打篮球。此时，温亚比国正处内忧外患，另一族的不肖分子窥温亚比的丰富矿藏而捣乱。双方决定以一场篮球赛定输赢，贝肯只好使出浑身解数帮助温亚比打赢这场球。
和上集一样，由欧文·威尔逊配音的主角“闪电麦昆”（Lightning McQueen）依然要参加各种赛车比赛，不过这次他将跨出美国国门、周游世界。拉塞特透露，麦昆和他的团队将辗转5个国家，参加F1赛车和拉力赛的重大赛事：第一站是日本东京，他们要从富士山出发，往市区开；第二站是德国，他们要穿过黑森林；第三站是意大利的“Porto Corsa”大赛，它类似于蒙特卡洛汽车大赛；第四站是巴黎的24小时拉力赛；最后一站是伦敦，这也是全片的高潮部分，终点是白金汉宫，有趣的是王宫守卫也是汽车（路虎）。 除了精彩的赛车部分，在《赛车总动员2》中还有另一条故事线，主要是围绕拖车板牙（Mater）展开的，这个角色由“有线电视的拉瑞”（Larry the Cable Guy，艺名）配音。拖车板牙在救了一个英国秘密特工“Finn McMissile”（车型为阿斯顿·马丁）后，被人错当成间谍，卷入了麻烦之中。
根据“911事件”为背景虚构的，讲述少女Maddie Dolan对于身为海军的父亲总是不在家难以释怀，在某次机缘之下，Maddie有机会来到父亲Gary Dolan所服勤的航母“星座”号“USS Constellation”上，其实Maddie原本是想要劝服父亲结束这样辛苦的海上勤务生涯，早日回到家里跟家人享受天伦之乐。结果途中经历了“911”事件，Maddie深刻体会到父亲海军军人的责任和使命，也深深有了对父亲从事工作的理解和自豪。