Descrito como uma "história de origem" ambientada no planeta Cybertron, o filme será centrado na relação entre Optimus Prime e Megatron passando de irmãos de armas a arqui inimigos,

Grizz, Panda, and Ice Bear embark on an adventure to Canada after an agent from the Department of National Wildlife Control tries to put an end to their hi-jinx.

Quando um novo brinquedo chamado "Forky" se une a Woody e à turma, uma viagem ao lado de velhos e novos amigos revela o quão grande o mundo pode ser para um brinquedo.

Baseadas na Sala de Comando, o centro de controle dentro da mente de Riley de 11 anos, cinco emoções trabalham sem parar, lideradas pela otimista Alegria. Ela se esforça muito para garantir que Riley esteja sempre feliz, e trabalha ao lado do Medo, Raiva, Nojinho e Tristeza.

O Buzz Lightyear é deixado para trás em uma lanchonete quando uma versão de brinquedo de lanche infantil do Buzz toma seu lugar. Enquanto os brinquedos de Bonnie estão presos com o imitador de Buzz de 6 cm de altura, o verdadeiro Buzz está preso no restaurante em um grupo de apoio para brinquedos descartados. Enquanto Woody e sua turma elaboram uma maneira de resgatar seu amigo, o Buzz tenta escapar da reunião de psicoterapia de brinquedos.

Carl Fredricksen é um vendedor de balões que, aos 78 anos, está prestes a perder a casa em que sempre viveu com sua esposa, a falecida Ellie. Após um incidente, Carl é considerado uma ameaça pública e forçado a ser internado. Para evitar que isto aconteça, ele põe balões em sua casa, fazendo com que ela levante voo. Carl quer viajar para uma floresta na América do Sul, onde ele e Ellie sempre desejaram morar, mas descobre que um problema embarcou junto: Russell, um menino de 8 anos.