Чарли Гордон — идиот. В прямом смысле этого слова — с самого детства он болен фенилкетонурией, при которой умственная отсталость практически неизбежна. Сейчас ему около тридцати, он работает уборщиком в пекарне и ходит на занятия для умственно отсталых. И именно он стал первым в мире человеком, подвергшемся экспериментальной операции по устранению этого заболевания — грубо говоря, хирурги удалили повреждённые участки его мозга и заменили их здоровыми. Что получилось в итоге? Много разного получилось, надо сказать...
В результате проведенной операции IQ Чарли стремительно растёт с 68 до 185. В отчётах Чарли отмечает своё изменившееся понимание происходящего: осознаёт реальное отношение к нему людей (понимает, кáк над ним смеялись на работе те, кого он считал своими друзьями), получает новые знания.
Чарли чувствует особенную привязанность к Элджернону, понимая, что Элджернон — единственное существо с судьбой, похожей на его собственную. С самого начала эксперимента над главным героем Элджернон и Чарли соревновались в прохождении лабиринтов — мышь в коробке, а человек на бумаге. Сначала Элджернон всё время выигрывал, что сильно злило Чарли; он очень обрадовался, наконец победив Элджернона. После этого Чарли старался подружиться с мышью.
Скорость обучения Чарли во много раз превосходит скорость обучения обычных людей — и уже через несколько недель он свободно знает несколько языков и с удовольствием читает техническую литературу. Его бывшая учительница из школы для умственно отсталых, Алиса Кинниан, первоначально радуется успехам Чарли, но затем начинает от него отдаляться: она уже не в состоянии его понять.
На своей работе Чарли сделал рацпредложение, давшее большую экономию, однако восторг директора не был поддержан рабочими, и они подписали прошение об увольнении Чарли. Они не были готовы общаться с Чарли после изменения его личности; Чарли тоже понимает, что не может поддерживать с ними дружеские отношения.
Ещё через месяц уровень интеллекта Чарли становится выше, чем уровень интеллекта профессоров, проводящих эксперимент. Для Чарли очевидны их ограниченность и заблуждения. Когда у подопытной мыши начинают наблюдаться признаки регрессии, он решает сам продолжить исследование и использовать всю силу собственного интеллекта, чтобы найти решение проблемы.
Несмотря на видимую первоначальную удачу эксперимента, поведение мыши даёт серьёзный повод для беспокойства — её интеллект начинает угасать столь же быстро, как и нарастал. Через некоторое время Элджернон умирает. При вскрытии видно, что его мозг уменьшен, извилины сглажены. Чарли попросил не сжигать труп Элджернона, как это обычно делали с лабораторными животными, и похоронил его сам.
Исследования Чарли показали, что после операции, разработанной Штрауссом и Немюром, стремительная регрессия неизбежна. Становится понятной дальнейшая судьба Чарли: он обречён на возвращение в исходное психическое состояние.