Ambientato in un imprecisato futuro posteriore al 1960, vi si descrive una società distopica in cui leggere o possedere libri è considerato un reato, per contrastare il quale è stato istituito un apposito corpo di vigili del fuoco impegnato a bruciare ogni tipo di volume. Il titolo del romanzo si riferisce a quella che Bradbury riteneva essere la temperatura di accensione della carta (e che nel Sistema internazionale corrisponde a circa 506 °K , 233 °C), anche se nel testo non vi si fa riferimento: tale cifra compare, infatti, solo sul numero sull’elmetto da pompiere del protagonista Montag.
Il protagonista Guy Montag lavora nel corpo dei militari del fuoco, i quali hanno il compito di rintracciare chi si è macchiato del “reato di lettura”, bruciandone tutti i libri. I cittadini rispettosi della legge devono utilizzare la televisione per istruirsi, informarsi e vivere serenamente al di fuori di ogni altra inutile forma di comunicazione. La televisione viene utilizzata dal governo come mezzo ossessivo per definire le regole sociali, ciò che è giusto e ciò che è sbagliato.
All’inizio della narrazione Montag sembra convinto della sua missione distruttiva:
«Era una gioia appiccare il fuoco. Era una gioia speciale vedere le cose divorate, vederle annerite, diverse. Con la punta di rame del tubo fra le mani, con quel grosso pitone che sputava il suo cherosene venefico sul mondo, il sangue gli martellava contro le tempie, e le sue mani diventavano le mani di non si sa quale direttore d’orchestra che suonasse tutte le sinfonie fiammeggianti, incendiarie, per far cadere tutti i cenci e le rovine carbonizzate della storia»
Un giorno però commette un’improvvisa infrazione: decide di leggere un breve trafiletto di un libro che dovrebbe bruciare. In seguito, attirato dalla sua prima fugace lettura, salva alcuni libri e inizia a leggerli di nascosto. La decisione di infrangere le regole gli viene suggerita dalla conoscenza di Clarisse, una ragazza sua vicina di casa, che mostra un modo di vivere diverso dagli altri. La famiglia di Clarisse sembra felice, a differenza di quella di Montag, la cui moglie Mildred (che ha appena tentato il suicidio ingerendo barbiturici) non vuole avere figli. Montag, dopo aver riflettuto a lungo, prende coscienza di non amare né realmente conoscere quella donna, e capisce che nella sua vita c’è qualcosa di profondamente sbagliato. La lettura dei libri lo conduce a scoprire un nuovo mondo, ma lo spinge anche verso la rovina.