这是一部科幻小说，囊括“星云奖”“雨果奖”，却更像是一本人性小说。
小说由主人公查理·高登以进步报告的方式书写而成。查理在面包店工作，一心想要学习，想变聪明，想让别人喜欢自己，于是主动参加了专为心智障碍的人准备的学校，经学校老师艾丽斯的推荐，成为科学实验的人选。实验要求，他写下发生在他身上的每件事情，以及他说想到的每件事情。前几章的时候，他还不通书写，写的“近步抱告”满是错别字，语气稚拙，像是极力好好表现，渴望得到大人的夸奖和圣诞礼物的小孩子。
他是实验对象中的第一个人。实验成功的案例，是一只名叫阿尔吉侬的老鼠。它可以走迷宫，可以走得很好。一开始，查理面对着满是墨点的卡片，只能看见墨点，看不见墨点连出的图形，他的眼中，只有最为表象、最为实体的东西，没有联想，没有想象。他拥有亲切、真诚的笑容，却走不出阿尔吉侬的迷宫，他希望有一天能像阿尔吉侬一样聪明。
手术之后，他慢慢地、慢慢地开始变聪明，最后一发不可收拾，不但变聪明，而且成了天才。他在面包店里，开始格格不入。曾经的他，认为面包店里都是他的朋友。“觉醒”之后的他，才发现了别人的笑其实是嘲笑，才发现了人的敌意与残酷。面包店里的人，面对曾经欺侮如今却超越其上的人，充满异样的情绪。他最终被联名逐出面包店。
他通晓几国语言，各领域的书籍与理论信手拈来，他作为实验案例，参加学术会议，却发现自己变得比发起实验的人还要聪明，自己所知道的理论、所发现的漏洞，实验者一概不知。原本万能的形象开始崩塌，查理自己开始展开研究。与此同时，他努力让自己的情感框架追赶自己心智的飞速发展。智识自由的同时，他的情感却离人群越来越远，逐渐形成自负封闭的自我中心。
他也经常重读早期的进步报告，看一个无知、童稚与弱智的心灵，如何从黑暗房间的钥匙孔窥探外面的灿烂世界。于是他决定申请独立研究，为像自己一样的人做些研究。而后，阿尔吉侬开始恶化。查理接手了这项实验，发现了新的公式，也发现他和阿尔吉侬接受的手术刺激，“虽然促成所有心智程序的强化与加速，但整体智能增强的逻辑上扩延却是个缺陷。人工导入智能衰减的速度，与增强的分量直接成正比”，并将其命名为“阿尔吉侬—高登效应”。换句话说，他会非常迅速地衰减，衰减到最后，可能比原来还不如。
他也抛出另一项发现：“如果没有人性情感的调和，智慧与教育根本毫无价值。”他告诉实验者，即便是在弱智的时候，他也是个人，不是物体。他去看望曾经维护而后抛弃自己的母亲，与幼时被惯坏的妹妹重修旧好，与彼此深爱的艾丽斯尽力相处。他写好论文之后，与实验者告别：“我们并不属于相同层级。我在往上攀升时经过你的楼层，现在我在下降途中再次经过，但我想我不会再搭这部升降梯，所以，此时此刻就让我们相互道别。”
阿尔吉侬死后，他常常去阿尔吉侬的坟上放一朵鲜花。后来，他也开始急剧恶化，萌生自杀念头，但又感觉无权抛弃查理的生命。他知道，进步报告是查理·高登对人类的贡献。他奋力想把学过的东西抓牢，祈求上帝别把所有东西都收回去。他开始遗忘，自己写的论文，逐渐成为天书；曾经喜爱的《失乐园》和《堂吉诃德》，却再也读不懂。他把书撕得满地都是，却不让打扫，试图挽留一点点智识。他开始沉迷于自怜，开始大发脾气，赶走了艾丽斯。遗忘到后来，他迷迷糊糊回到面包店，面包店重新收留了他。
后来的后来，他写了最后一篇进步报告。报告里说他要永远离开这里去沃伦之家。“我不要纪尼安小姐为我难过。我知到面包店里的每个人都为我难过但我也不要这个。所以我要去一个有很多像我一样的人的地方那里不会有人在乎查理曾经是个天才而现在却连书也看不董或是字也写不好。”天才期间，他曾拜访过沃伦之家，这是专门收留心智障碍的人的地方，那里笼罩着寒冷和灰扑扑的感觉，充斥着一种认命的无奈感，就像是活生生的死亡，就像是根本不曾充分活着与了解。在那里，“灵魂从一开始就在枯萎，并注定要对着每一天的时间与空间凝望。”
故事的结尾，他写道：“聪明并且知到很多东西是很棒的事情我旦愿我能够知到世界上的所有事情。我希望我现在就能够在便聪明。如果我能的话我就会坐下来一直读书。无论如何我感说我是世界上第一个为科学找出一些重要花现的笨蛋。我做了一些事但我不记得是什么。所以我猜我可能为沃伦之家以及全世界和我一样的笨蛋做了一些事。再见了纪尼安小姐还有斯特劳斯医生以及所有的人……”
一开始的短促简单，到中间的长篇大论，又回归到后来的戛然而止，这个回旋的结构，像极了《本杰明·巴顿的一生》，充满了造化弄人的悲凉之感，更多了几分对人性的思考。以书中引用的柏拉图的《理想国》作结，愿少些嘲笑，多些理解：
有些常识的人都会记得，眼睛的困惑有两种，也来自两种起因，不是因为走出光明，就是因为走进光明所致，不论是人体的眼睛或心灵的眼睛，都是如此。记得这件事的人，当他们看到别人迷茫、虚弱的眼神，他们不会任意嘲笑，而会先询问这个人的灵魂是否刚从更明亮的生命走出来，因为不适应黑暗而无法看清周遭；或是他刚从黑暗走入光明，因为过多的光芒而目眩。他会认为其中一个人的情况与心境是快乐的，并对另一个人产生怜悯。或是，他可能想嘲笑从幽冥走进光明的灵魂，但这总比嘲笑从光明世界回到黑暗洞穴的人更有道理。
