Америка относительно недалёкого будущего, какой она виделась автору в начале пятидесятых годов, когда и писался этот роман-антиутопия.

Тридцатилетний Гай Монтэг — пожарник. Впрочем, в эти новейшие времена пожарные команды не сражаются с огнём. Совсем даже наоборот. Их задача отыскивать книги и предавать огню их, а также дома тех, кто осмелился держать в них такую крамолу. Вот уже десять лет Монтэг исправно выполняет свои обязанности, не задумываясь о смысле и причинах такого книгоненавистничества.

Встреча с юной и романтичной Клариссой Маклеланд выбивает героя из колеи привычного существования. Впервые за долгие годы Монтэг понимает, что человеческое общение есть нечто большее, нежели обмен заученными репликами. Кларисса резко выделяется из массы своих сверстников, помешанных на скоростной езде, спорте, примитивных развлечениях в «Луна-парках» и бесконечных телесериалах. Она любит природу, склонна к рефлексиям и явно одинока. Вопрос Клариссы: «Счастливы ли вы?» заставляет Монтэга по-новому взглянуть на жизнь, которую ведёт он — а с ним и миллионы американцев. Довольно скоро он приходит к выводу, что, конечно же, счастливым это бездумное существование по инерции назвать нельзя. Он ощущает вокруг пустоту, отсутствие тепла, человечности.

Словно подтверждает его догадку о механическом, роботизированном существовании несчастный случай с его женой Милдред. Возвращаясь домой с работы, Монтэг застаёт жену без сознания. Она отравилась снотворным — не в результате отчаянного желания расстаться с жизнью, но машинально глотая таблетку за таблеткой. Впрочем, все быстро встаёт на свои места. По вызову Монтэга быстро приезжает «скорая», и техники-медики оперативно проводят переливание крови с помощью новейшей аппаратуры, а затем, получив положенные пятьдесят долларов, удаляются на следующий вызов.

Монтэг и Милдред женаты уже давно, но их брак превратился в пустую фикцию. Детей у них нет — Милдред была против. Каждый существует сам по себе. Жена с головой погружена в мир телесериалов и теперь с восторгом рассказывает о новой затее телевизионщиков — ей прислали сценарий очередной «мыльной оперы» с пропущенными строчками, каковые должны восполнять сами телезрители. Три стены гостиной дома Монтэгов являют собой огромные телеэкраны, и Милдред настаивает на том, чтобы они потратились и на установление четвёртой телестены, — тогда иллюзия общения с телеперсонажами будет полной.

Мимолётные встречи с Клариссой приводят к тому, что Монтэг из отлаженного автомата превращается в человека, который смущает своих коллег-пожарных неуместными вопросами и репликами, вроде того: «Были ведь времена, когда пожарники не сжигали дома, но наоборот, тушили пожары?»

Пожарная команда отправляется на очередной вызов, и на сей раз Монтэг испытывает потрясение. Хозяйка дома, уличённая в хранении запрещённой литературы, отказывается покинуть обречённое жилище и принимает смерть в огне вместе со своими любимыми книгами.

На следующий день Монтэг не может заставить себя пойти на работу. Он чувствует себя совершенно больным, но его жалобы на здоровье не находят отклика у Милдред, недовольной нарушением стереотипа. Кроме того, она сообщает мужу, что Клариссы Маклеланд нет в живых — несколько дней назад она попала под автомобиль, и её родители переехали в другое место.

В доме Монтэга появляется его начальник брандмейстер Битти.

Он почуял неладное и намерен привести в порядок забарахливший механизм Монтэга. Битти читает своему подчинённому небольшую лекцию, в которой содержатся принципы потребительского общества, какими видит их сам Брэдбери: «...Двадцатый век. Темп ускоряется. Книги уменьшаются в объёме. Сокращённое издание. Содержание. Экстракт. Не размазывать. Скорее к развязке!.. Произведения классиков сокращаются до пятнадцатиминутной передачи. Потом ещё больше: одна колонка текста, которую можно пробежать глазами за две минуты, потом ещё: десять — двадцать строк для энциклопедического словаря... Из детской прямо в колледж, а потом обратно в детскую».

Разумеется, такое отношение к печатной продукции — не цель, но средство, с помощью которого создаётся общество манипулируемых людей, где личности нет места.

«Мы все должны быть одинаковыми, — внушает брандмейстер Монтэгу. — Не свободными и равными от рождения, как сказано в Конституции, а... просто одинаковыми. Пусть все люди станут похожи друг на друга как две капли воды, тогда все будут счастливы, ибо не будет великанов, рядом с которыми другие почувствуют своё ничтожество».

Если принять такую модель общества, то опасность, исходящая от книг, становится самоочевидной: «Книга — это заряженное ружье в доме у соседа. Сжечь её. Разрядить ружье. Надо обуздать человеческий разум. Почём знать, кто завтра станет мишенью для начитанного человека».

До Монтэга доходит смысл предупреждения Битти, но он зашёл уже слишком далеко. Он хранит в доме книги, взятые им из обречённого на сожжение дома. Он признается в этом Милдред и предлагает вместе прочитать и обсудить их, но отклика не находит.

В поисках единомышленников Монтэг выходит на профессора Фабера, давно уже взятого на заметку пожарниками. Отринув первоначальные подозрения, Фабер понимает, что Монтэгу можно доверять. Он делится с ним своими планами по возобновлению книгопечатания, пока пусть в ничтожных дозах. Над Америкой нависла угроза войны — хотя страна уже дважды выходила победительницей в атомных конфликтах, — и Фабер полагает, что после третьего столкновения американцы одумаются и, по необходимости забыв о телевидении, испытают нужду в книгах. На прощание Фабер даёт Монтэгу миниатюрный приёмник, помещающийся в ухе. Это не только обеспечивает связь между новыми союзниками, но и позволяет Фаберу получать информацию о том, что творится в мире пожарников, изучать его и анализировать сильные и слабые стороны противника.

Военная угроза становится все более реальной, по радио и ТВ сообщают о мобилизации миллионов. Но ещё раньше тучи сгущаются над домом Монтэга. Попытка заинтересовать жену и её подруг книгами оборачивается скандалом. Монтэг возвращается на службу, и команда отправляется на очередной вызов. К своему удивлению, машина останавливается перед его собственным домом. Битти сообщает ему, что Милдред не вынесла и доложила насчёт книг куда нужно. Впрочем, её донос чуть опоздал: подруги проявили больше расторопности.

По распоряжению Битти Монтэг собственноручно предаёт огню и книги, и дом. Но затем Битти обнаруживает передатчик, которым пользовались для связи Фабер и Монтэг. Чтобы уберечь своего товарища от неприятностей, Монтэг направляет шланг огнемёта на Битти. Затем наступает черёд двух других пожарников.

С этих пор Монтэг становится особо опасным преступником. Организованное общество объявляет ему войну. Впрочем, тогда же начинается и та самая большая война, к которой уже давно готовились. Монтэгу удаётся спастись от погони. По крайней мере, на какое-то время от него теперь отстанут: дабы убедить общественность, что ни один преступник не уходит от наказания, преследователи умерщвляют ни в чем не повинного прохожего, которого угораздило оказаться на пути страшного Механического Пса. Погоня транслировалась по телевидению, и теперь все добропорядочные граждане могут вздохнуть с облегчением.

Руководствуясь инструкциями Фабера, Монтэг уходит из города и встречается с представителями очень необычного сообщества. Оказывается, в стране давно уже существовало нечто вроде духовной оппозиции. Видя, как уничтожаются книги, некоторые интеллектуалы нашли способ создания преграды на пути современного варварства. Они стали заучивать наизусть произведения, превращаясь в живые книги. Кто-то затвердил «Государство» Платона, кто-то «Путешествия Гулливера» Свифта, в одном городе «живёт» первая глава «Уолдена» Генри Дэвида Торо, в другом — вторая, и так по всей Америке. Тысячи единомышленников делают своё дело и ждут, когда их драгоценные знания снова понадобятся обществу. Возможно, они дождутся своего. Страна переживает очередное потрясение, и над городом, который недавно покинул главный герой, возникают неприятельские бомбардировщики. Они сбрасывают на него свой смертоносный груз и превращают в руины это чудо технологической мысли XX столетия.