Algernon est une souris de laboratoire, Charlie Gordon un simplet employé aux médiocres besognes. Tous deux vont emprunter, grâce à une découverte du docteur Strauss et du professeur Nemur, le chemin vers l'intelligence. Suivi par la psychologue Alice Kinnian dont il tombe rapidement amoureux, Charlie va faire de grands progrès sur le plan intellectuel. Ainsi, au terme du troisième mois de traitement, il consigne dans son journal, originellement intitulé CONTE RANDU : J'ai téléphoné à Landsdoff au New Institute for Advanced Study, au sujet de l'utilisation des paires d'ions produites par effet photo-nucléaire, pour des recherches exploratoires en biophysique. La progression est fulgurante. Mais le plus dur est à venir, et la découverte du monde qui l'entoure sera sans concession.