拇指总动员由拇指联盟猎手丹尼尔（Daniel小丹）、魔女萨拉（sarah小萨）和足球小子保罗（Paul小保）以及瓦莱塔的拇指居民组成。很久很久以前，在地中海上有个美丽的小岛叫瓦莱塔，他有着一个古老的传说，相传岛上埋藏着富可敌国的宝藏，而宝藏被一个神秘骑士所守护，只要找到这个骑士，通往宝藏之门变会开启。 小岛的居民为了保护小岛的安宁与外来的夺宝者展开斗争。 拇指联盟与其他拇指居民不同的是，他们拥有超能力。华丽的变身超级英雄，拥有特殊的超级技能 猎手丹尼尔（Daniel）枪管发射玻璃保护罩，用来抵挡危险和防护 魔女 萨拉（sarah）扫帚自由伸缩，载人飞行并且能施放各种魔法，足球小子 保罗（Paul）踢出力大无比的足球进行攻击或者防卫，身体素质超群，可以瞬间移动，速度和爆发力惊人。 三人组成拇指联盟，共同保卫小镇安全。

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Dexter Reed is down on his luck after another one of his inventions fails. Ed welcomes Dex back to Good Burger with open arms and gives him his old job back. With a new crew working at Good Burger, Dex devises a plan to get back on his feet but unfortunately puts the fate of Good Burger at risk once again.

在现实世界中，小特和小菲只是平凡的小孩，然而在梦境世界里，他们化身为“超级英雄”。他们携手拥有特殊能力的梦精灵，闯入那些做着噩梦的小孩的梦境。在那里，有个梦魔总想制造麻烦来引起他人关注，小特和小菲便与梦魔展开对抗，阻止它的恶作剧，全力守护着小孩们快乐又美妙的梦想世界。

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和上集一样，由 欧文·威尔逊配音的主角“闪电麦昆”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。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展开的，这个角色由 王牌接线员拉里配音。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。

超能一家追逐抢劫银行的挖地超人 （ 约翰·拉岑贝格 配音），人没抓到却破坏了城市建设，被政府抓到把柄，被彻底取消了超人搬迁资助。正当大力神巴鲍伯 （ 格雷格·T·尼尔森 配音）和弹力女超人巴荷莉 （ 霍利·亨特 配音）烦恼该怎么办之时，酷冰侠鲁休斯 （ 塞缪尔·杰克逊 配音）带来好消息：电信集团大亨温斯顿·狄弗 （ 鲍勃·奥登科克 配音），想要与他们合作，通过妹妹艾芙琳·狄弗 （ 凯瑟琳·基纳 配音）研发的高科技传媒技术，帮助超人们重整公众形象后再次合法。巴鲍伯一听有机会重返英雄舞台，自然摩拳擦掌，但没想到却被浇了一盆冷水，因为狄弗兄妹的超级英雄重启计划看中的人选是老婆巴荷莉。经过一番挣扎和讨论，夫妻两人决定互换角色——大力神做家庭主夫带小孩，弹力女超人外出拯救世界，并对抗阴险的“屏霸” （Bill Wise配音） 。