Роман построен по принципу дневниковых записей главного героя Антуана Рокантена, объездившего Центральную Европу, Северную Африку, Дальний Восток и уже три года как обосновавшегося в городе Бувиле, чтобы завершить свои исторические изыскания, посвящённые маркизу де Рольбону, жившему в XVIII в.

В начале января 1932 г. Антуан Рокантен вдруг начинает ощущать в себе изменения. Его захлёстывает некое неведомое до сих пор ощущение, похожее на лёгкий приступ безумия. Впервые оно охватывает его на берегу моря, когда он собирается бросить в воду гальку. Камень кажется ему чужеродным, но живым. Все предметы, на которых герой задерживает взгляд, кажутся ему живущими собственной жизнью, навязчивыми и таящими опасность. Это состояние часто мешает Рокантену работать над его историческим трудом о маркизе де Рольбоне, который был видной фигурой при дворе королевы Марии Антуанетты, единственным наперсником герцогини Ангулемской, побывал в России и, по всей видимости, приложил руку к убийству Павла I.

Десять лет назад, когда Рокантен только узнал о маркизе, он в него в буквальном смысле влюбился и после многолетних путешествий почти по всему земному шару три года назад решил обосноваться в Бувиле, где в городской библиотеке собран богатейший архив: письма маркиза, часть его дневника, разного рода документы. Однако с недавних пор он начинает ощущать, что маркиз де Рольбон ему смертельно надоел. Правда, на взгляд Рокантена, маркиз де Рольбон является единственным оправданием его собственного бессмысленного существования.

Все чаще и чаще его настигает то новое для него состояние, которому больше всего подходит название «тошнота». Она накатывает на Рокантена приступами, и все меньше и меньше остаётся мест, где он может от неё скрыться. Даже в кафе, куда он часто ходит, среди людей ему не удаётся от неё спрятаться. Он просит официантку поставить пластинку с его любимой песней «Some of these days». Музыка ширится, нарастает, заполняет зал своей металлической прозрачностью, и Тошнота исчезает. Рокантен счастлив. Он размышляет о том, каких вершин смог бы он достичь, если бы тканью мелодии стала его собственная жизнь.

Рокантен часто вспоминает о своей возлюбленной Анни, с которой расстался шесть лет назад. После нескольких лет молчания он вдруг получает от неё письмо, в котором Анни сообщает, что через несколько дней будет проездом в Париже, и ей необходимо с ним увидеться. В письме нет ни обращения, например «дорогой Антуан», ни обычного вежливого прощания. Он узнает в этом её любовь к совершенству. Она всегда стремилась воплощать «совершенные мгновения». Некие мгновения в её глазах обладали скрытым смыслом, который надо было «вылущить» из него и довести до совершенства. Но Рокантен всегда попадал впросак, и в эти минуты Анни его ненавидела. Когда они были вместе, все три года, они не позволяли ни единому мгновению, будь то моменты горести или счастья, отделиться от них и стать минувшими. Они все удерживали в себе. Вероятно, и расстались они по обоюдному согласию из-за того, что груз этот стал слишком тяжёл.

В дневные часы Антуан Рокантен часто работает в читальном зале бувильской библиотеки. В 1930 г. там же он познакомился с неким Ожье П., канцелярским служащим, которому дал прозвище Самоучка, потому что тот проводил в библиотеке все своё свободное время и штудировал все имеющиеся здесь книги в алфавитном порядке. Этот Самоучка приглашает Рокантена пообедать с ним, ибо, судя по всему, собирается поведать ему нечто очень важное. Перед закрытием библиотеки на Рокантена вновь накатывает Тошнота. Он выходит на улицу в надежде, что свежий воздух поможет ему от неё избавиться, смотрит на мир, все предметы кажутся ему какими-то зыбкими, словно обессилевшими, он ощущает, что над городом нависла угроза. Насколько хрупкими кажутся ему все существующие в мире преграды! За одну ночь мир может измениться до неузнаваемости, и не делает этого только потому, что ему лень. Однако в данный момент у мира такой вид, будто он хочет стать другим. А в этом случае может случиться все, абсолютно все. Рокантену чудится, как из маленького прыщика на щеке ребёнка вылупляется третий, насмешливый глаз, как язык во рту превращается в чудовищную сороконожку. Рокантену страшно. Приступы ужаса накатывают на него и в своей комнате, и в городском саду, и в кафе, и на берегу моря.

Рокантен идёт в музей, где висят портреты известных всему миру мужей. Там он ощущает свою посредственность, необоснованность своего существования, понимает, что уже не напишет книги о Рольбоне. Он просто не может больше писать. Перед ним внезапно встаёт вопрос, куда же ему девать свою жизнь? Маркиз де Рольбон был его союзником, он нуждался в Рокантене, чтобы существовать, Рокантен — в нем, чтобы не чувствовать своего существования. Он переставал замечать, что сам существует; он существовал в обличье маркиза. А теперь эта накатившаяся на него Тошнота и стала его существованием, от которого он не может избавиться, которое он принуждён влачить.

В среду Рокантен идёт с Самоучкой в кафе обедать в надежде, что на время сумеет избавиться от Тошноты. Самоучка рассказывает ему о своём понимании жизни и спорит с Рокантеном, уверяющим его в том, что в существовании нет ни малейшего смысла. Самоучка считает себя гуманистом и уверяет, что смысл жизни — это любовь к людям. Он рассказывает о том, как, будучи военнопленным, однажды в лагере попал в барак, битком набитый мужчинами, как на него снизошла «любовь» к этим людям, ему хотелось их всех обнять. И каждый раз, попадая в этот барак, даже когда он был пустым, Самоучка испытывал невыразимый восторг. Он явно путает идеалы гуманизма с ощущениями гомосексуального характера, Рокантена вновь захлёстывает Тошнота, своим поведением он даже пугает Самоучку и остальных посетителей кафе. Весьма неделикатно откланявшись, он спешит выбраться на улицу.

Вскоре в библиотеке происходит скандал. Один из служителей библиотеки, давно следящий за Самоучкой, подлавливает его, когда тот сидит в обществе двух мальчуганов и гладит одного из них по руке, обвиняет его в низости, в том, что он пристаёт к детям, и, дав ему в нос кулаком, с позором выгоняет из библиотеки, грозя вызвать полицию.

В субботу Рокантен приезжает в Париж и встречается с Анни. За шесть лет Анни очень пополнела, у неё усталый вид. Она изменилась не только внешне, но и внутренне. Она больше не одержима «совершенными мгновениями», ибо поняла, что всегда найдётся кто-то, кто их испортит. Раньше она считала, что существуют некие эмоции, состояния: Любовь, Ненависть, Смерть, которые порождают «выигрышные ситуации» — строительный материал для «совершенных мгновений», а теперь поняла, что эти чувства находятся внутри неё. Теперь она вспоминает события своей жизни и выстраивает их, кое-что подправляя, в цепочку «совершенных мгновений». Однако сама она не живёт в настоящем, считает себя «живым мертвецом». Надежды Рокантена на возобновление отношений с Анни рушатся, она уезжает в Лондон с мужчиной, у которого находится на содержании, а Рокантен намерен насовсем переселиться в Париж. Его все ещё терзает ощущение абсурдности своего существования, сознание того, что он «лишний».

Заехав в Бувиль, чтобы собрать вещи и расплатиться за гостиницу, Рокантен заходит в кафе, где прежде проводил немало времени. Его любимая песня, которую он просит поставить ему на прощание, заставляет его подумать о её авторе, о певице, которая её исполняет. Он испытывает к ним глубокую нежность. На него словно бы находит озарение, и он видит способ, который поможет ему примириться с собой, со своим существованием. Он решает написать роман. Если хоть кто-нибудь в целом мире, прочитав его, вот так же, с нежностью, подумает о его авторе, Антуан Рокантен будет счастлив.