Завязка этого романа известного итальянского писателя, филолога и историка литературы приходится на начало семидесятых годов XX в., время, когда в Италии ещё бушевали молодёжные бунты. Однако «политическим выбором» рассказчика, студента Миланского университета Казобона, становится, по его собственным словам, филология: «Я пришёл к этому как человек, который смело берет в руки тексты речей об истине, готовясь править их». У него завязывается дружба с научным редактором издательства «Гарамон» Бельбо и его сослуживцем Диоталлеви, которой не мешает разница в возрасте; их объединяет интерес к загадкам человеческого разума и к средневековью. Казобон пишет диссертацию о тамплиерах; перед глазами читателя проходит история этого рыцарского братства, его возникновения, участия в крестовых походах, обстоятельства судебного процесса, завершившегося казнью руководителей ордена и его роспуском.

Далее роман вступает в область гипотез — Казобон с друзьями пытаются проследить посмертную судьбу ордена рыцарей Храма. Отправной точкой для их усилий служит появление в издательстве отставного полковника, уверенного, что он обнаружил зашифрованный План рыцарей ордена, план тайного заговора, замысел реванша, рассчитанного на века. Через день полковник исчезает бесследно; предполагается, что он убит; само это происшествие либо неприятный осадок, оставшийся от него, разлучает Казобона с друзьями. Разлука затягивается на несколько лет: закончив университет и защитив диплом, он уезжает в Бразилию преподавателем итальянского языка.

Непосредственной причиной отъезда является его любовь к местной уроженке Ампаро, красавице полукровке, проникнутой идеями Маркса и пафосом рационального объяснения мира. Однако сама магическая атмосфера страны и необычные встречи, которые с труднообъяснимым упорством подкидывает ему судьба, заставляют Казобона пока ещё почти незаметно для себя самого проделывать обратную эволюцию: преимущества рациональных истолкований представляются ему все менее очевидными. Он снова пытается изучать историю древних культов и герметических учений, приобщая к своим занятиям и скептически настроенную Ампаро; его притягивает земля колдунов — Байя, в той же степени, что и лекция о розенкрейцерах, читаемая соотечественником-итальянцем, по всем признакам — одним из тех шарлатанов, о многочисленности которых ему ещё только предстоит догадаться. Его усилия по проникновению в природу таинственного приносят свои плоды, но для него они оказываются горькими: во время магического обряда, участвовать в котором в знак особого расположения они были приглашены, Ампаро против собственной воли впадает в транс и, очнувшись, не может простить этого ни себе, ни ему. Проведя в Бразилии после этого ещё год, Казобон возвращается.

В Милане он снова встречается с Бельбо и через него получает приглашение сотрудничать в издательстве «Гарамон». Сначала речь идёт о составлении научной энциклопедии металлов, но вскоре область его интересов существенно расширяется, опять захватывая сферу таинственного и эзотерического; он признается себе в том, что ему вообще становится все труднее отделять мир магии от мира науки: люди, о которых ещё в школе ему говорили, что они несли свет математики и физики в дебри суеверий, как выясняется, делали свои открытия, «опираясь, с одной стороны, на лабораторию, а с другой — на Каббалу». Немало этому способствует и так называемый проект «Гермес», детище господина Гарамона, главы издательства; к его осуществлению подключены и сам Казобон, и Бельбо, и Диоталлеви. Суть его заключается в том, чтобы объявив серию публикаций по оккультизму, магии и т. п., привлечь как серьёзных авторов, так и фанатиков, сумасшедших, готовых платить деньги за опубликование своих творений; этих последних предполагается сплавлять в издательство «Мануцио», чьё родство с «Гарамоном» держится в строжайшем секрете; оно предназначено для издания книг за счёт авторов, на практике сводящегося к беспощадному «выдаиванию» их кошельков. В среде оккультистов «Гарамон» рассчитывает на богатый улов и потому настоятельно просит Бельбо и его друзей не пренебрегать ни кем.

Однако издания, предназначенные для «Гарамона», все-таки должны соответствовать неким требованиям; в качестве научного консультанта проекта по рекомендации Казобона приглашается знакомый ему по Бразилии некий господин Алье, то ли авантюрист, то ли потомок знатного рода, возможно, граф, но во всяком случае человек богатый, с тонким вкусом и несомненно глубокими познаниями в области магии и оккультных наук; о самых древних магических ритуалах он рассказывает так, как будто бы сам при них присутствовал; собственно говоря, подчас он прямо намекает на это. При этом он вовсе не сноб, не чурается явных шарлатанов и психов и уверен, что даже в самом никудышном тексте можно отыскать «искорку если не истины, то хотя бы необычного обмана, а ведь часто эти крайности соприкасаются». Надеявшиеся отвести с его помощью в сторону поток плевел, направив его на обогащение своего хозяина, и, быть может, найти в нем несколько зёрен истины для себя, подавляемые авторитетом «господина графа» герои оказываются вынуждены барахтаться в этом потоке, не смея ничего отвергать: в любом плевеле может оказаться зерно, невидимое и не обнаруживаемое ни логикой, ни интуицией, ни здравым смыслом, ни опытом. Вот слова бедолаги-алхимика, подслушанные Казобоном во время ещё одного, на сей раз уже не далёкого, шаманского, а донельзя приближённого к их родным домам ритуала, куда они попадают по приглашению Алье: «Я испробовал все: кровь, волосы, душу Сатурна, маркасситы, чеснок, марсианский шафран, стружки и шлаки железа, свинцовый глёт, сурьму — все напрасно. Я работал над тем, чтобы извлечь из серебра масло и воду; я обжигал серебро со специально приготовленной солью и без неё, а также с водкой, и добыл из него едкие масла, вот и все. Я употреблял молоко, вино, сычужину, сперму звёзд, упавших на землю, чистотел, плаценту; я смешивал ртуть с металлами, превращая их в кристаллы; я направил свои поиски даже на пепел... Наконец...

 — Что — наконец?

 — Ничто на свете не требует большей осторожности, чем истина. Обнаружить её — все равно что пустить кровь прямо из сердца...»

Истина способна перевернуть или разрушить мир, ибо у него от неё нет защиты. Но истину до сих пор не удалось обнаружить; вот почему не следует пренебрегать ничем — лучше ещё раз испробовать всё, когда-либо бывшее предметом усилий и надежд кого-либо из посвящённых. Пусть неоправданно; пусть ошибочно (и во что же тогда они были посвящены?) — неважно. «Каждая ошибка может оказаться мимовольной носительницей истины, — говорит Алье. — Настоящему эзотеризму не страшны противоречия».

И этот водоворот ошибочных истин и чреватых истиною ошибок вновь толкает друзей на поиски Плана ордена тамплиеров; загадочный документ, оставшийся от исчезнувшего полковника, изучается ими снова и снова, и каждому его пункту подыскиваются исторические истолкования: это якобы выполнялось розенкрейцерами, это — павликианами, иезуитами, Бэконом, здесь приложили руку асассины... Если План действительно существует, он должен объяснять всё; под этим девизом переписывается история мира, и постепенно мысль «мы нашли План, по которому движется мир» подменяется мыслью «мир движется по нашему Плану».

Проходит лето; Диоталлеви возвращается из отпуска уже тяжело больным, Бельбо — ещё более увлечённым Планом, удачи в работе над которым компенсируют ему поражения в реальной жизни, а Казобон готовится стать отцом: его новая подруга Лия должна скоро родить. Их усилия тем временем приближаются к завершению: они понимают, что местом последней встречи участников Плана должен стать парижский музей в церкви аббатства Сен-Мартен-де-Шан, Хранилище Искусств и Ремёсел, где находится Маятник Фуко, который в строго определённый момент и укажет им точку на карте — вход во владения Царя Мира, центр теллурических токов, Пуп Земли, Umbilicus Mundi. Они постепенно уверяют себя в том, что им известен и день и час, остаётся найти карту, но тут Диоталлеви оказывается в больнице с самым неутешительным диагнозом, Казобон уезжает вместе с Лией и малышом в горы, а Бельбо, движимый ревностью к Алье, ставшему его счастливым соперником в личной жизни, решает поделиться с ним их знаниями о Плане, умолчав об отсутствии и карты, и уверенности в том, что вся эта расшифровка — не плод их общего разбушевавшегося воображения.

Лия тем временем доказывает Казобону, что те обрывочные записи конца XIX в., которые они приняли за конспект Плана, скорее всего являются расчётами хозяина цветочного магазина, Диоталлеви при смерти; его клетки отказываются ему повиноваться и строят его тело по собственному плану, имя которому — рак; Бельбо находится в руках Алье и своры его единомышленников, сперва изыскавших способ его шантажировать, а затем завлёкших в Париж и вынуждающих уже под страхом смерти поделиться с ними последней тайной — картой. Казобон бросается на его поиски, но успевает застать только финал: в Хранилище Искусств и Ремёсел обезумевшая толпа алхимиков, герметистов, сатанистов и прочих гностиков под предводительством Алье, здесь уже, впрочем, называющегося графом Сен-Жерменом, отчаявшись добиться от Бельбо признания в местонахождении карты, казнит его, удавливая верёвкой, привязанной к Маятнику Фуко; при этом погибает и его возлюбленная. Казобон спасается бегством; на следующий день в музее нет никаких следов вчерашнего происшествия, но Казобон не сомневается, что теперь очередь будет за ним, тем более что при отъезде из Парижа он узнает о смерти Диоталлеви. Один был убит людьми, поверившими в их План, другой — клетками, поверившими в возможность составить собственный и действовать по нему; Казобон, не желая подвергать опасности возлюбленную и ребёнка, запирается в доме Бельбо, листает чужие бумаги и ждёт, кто и как придёт убить его самого.