《汽车人总动员》讲述了8岁男孩卡卡的故事。聪明活泼的他是一名顶尖汽车工程师，在助手兼玩伴丁丁的帮助下，研发出能够实现高智能操作和人车对话的“K系统”。第一辆下线的K1性格开朗、十分健谈，很快便和丁丁成为好朋友。卡卡没有就此满足，继续开发出沉着冷静的K2，以及几乎接近完美的K3。不久后，他收到“高级智能汽车大赛”的邀请函，信心十足地决定带着三辆爱车参赛，并为它们量身制定了严格的训练计划。随着比赛日益临近，这三辆个性鲜明的智能汽车最终会取得怎样的成绩？
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