Flash McQueen et Martin reviennent sur le devant de la scène, pour faire du monde une piste de circuit. Mais ils auront bien besoin de leur passeport, lorsqu'ils vont se trouver au coeur d'une intrigue qui va les mener aux quatre coins du monde.
Woody le cowboy, Buzz l'Eclair et les autres jouets se retrouvent confrontés à ce qui devait bien arriver un jour : le départ d'Andy pour l'université...
Le grand rêve de Bob Razowski de devenir une Terreur est menacé lorsque, durant sa première année de licence de Terreur à la Monstres Academy, il rencontre James P. Sullivan, dit Sulli, un vrai crack qui a un don naturel pour Terrifier.
Carl Fredricksen, vendeur de ballons à la retraite, s’envole vers le ciel en attachant des milliers de ballons à sa maison. Un jeune garçon nommé Russell devient un passager clandestin de son voyage.
"Cars" a pour héros quelques légendes de la route qui vont faire hurler de rire leur moteur sur la mythique route 66 qui traverse les Etats-Unis d'est en ouest...
Nemo, un jeune poisson-clown, s'égare de son récif de corail et se perd dans le vaste océan. Son père Marin part à sa recherche et affronte divers dangers pour le retrouver.
Durant la nuit, de drôles de monstres terrifient les enfants et récoltent leurs cris pour en faire leur principale source d'énergie. Mais Sulli, l'un d'entre eux, permet sans le vouloir à Bouh, une petite fille, de pénétrer dans leur monde.
Quand Andy quitte sa chambre, ses jouets se mettent à mener leur propre vie sous la houlette du cowboy Woody. Débarque alors Buzz l'éclair, intrépide aventurier de l'espace venu d'une lointaine galaxie, qui va semer la zizanie dans ce petit monde.
Bob Paar était jadis un super-héros. Mais aujourd'hui, Mr. Indestructible est expert en assurances. Il bondit sur l'occasion lorsqu'on l'appelle pour une mission secrète. Mais derrière cette alléchante proposition se cache un génie malfaisant.
Tilt, fourmi tête en l'air, détruit par inadvertance la récolte de la saison. Cette bévue rend rendre fou de rage le Borgne et sa bande de sauterelles. Tilt décide alors de quitter l'île pour recruter des mercenaires capables de chasser le Borgne...
Kidnappé par un collectionneur sans scrupules, Woody va découvrir qu'il fut jadis une vraie star. Il va alors être confronté à la décision la plus importante de sa vie : rentrer chez lui pour retrouver Andy ou rester et devenir une pièce de musée.