Sobre lo que ocurrirá en Cars 2, Lasseter ha comentado que de nuevo el personage central será Rayo McQueen, junto a su equipo y su nuevo jefe de equipo, Mater. En esta ocasión, Rayo se dispondrá a competir en la carrera de campeones, la cual tendrá lugar en cinco diferentes escenarios y, además, en disciplinas distintas, Fórmula 1 o Rally. En primer lugar Rayo correrá por las calles de Tokyo, comenzando desde el monte Fuji, y atravesando el centro de la ciudad. A continuación vendrá Alemania y si Bosque Negro, para dar paso a Italia, con un circuito basado en el Gran Premio de Monte Carlo. Después se enfrentará a una dura prueba de resistencia corriendo durante 24 horas alrededor de París, simulando las 24 horas de Le Mans. El colofón será en Londres, donde la meta estará en el palacio de Buckingham, donde los guardias serán Land Rovers.

Sin embargo, la trama de Cars 2 no versará únicamente sobre las carreras, sino que Mater también tendrá un papel importante. Descubrirá que existen problemas de espionaje, pero nadie le creerá.

La película estará dirigida por Brad Lewis, y la mayoría de las voces que conocemos también volverán en esta ocasión.