Fahrenheit 451 cuenta la historia de Guy Montag y su transformación de bombero quemador de libros a rebelde lector de libros. Montag vive en una sociedad opresiva que intenta eliminar todas las fuentes de complejidad, contradicción y confusión para asegurar la felicidad sin complicaciones de todos sus ciudadanos. Sin embargo, a lo largo de la novela, Montag se da cuenta de que sus conciudadanos no son felices, sino que están espiritualmente vacíos. La gente de este mundo es constantemente bombardeada con anuncios y entretenimientos superficiales, lo que no les deja espacio para pensar por sí mismos o evaluar sus propios estados emocionales. El resultado es una sociedad cada vez más egoísta, que busca el placer, desconectada y vacía.
Montag comienza a ser consciente de los problemas a los que se enfrenta su sociedad poco después de su encuentro inicial con la joven de espíritu libre Clarisse McClellan. Al principio, la joven le confunde. A pesar de su comportamiento desconcertante y poco ortodoxo, Montag sigue intrigado y, después de separarse, se fija en la última pregunta de Clarisse: «¿Eres feliz?» En ese momento no sabe qué responder, pero la pregunta le toca la fibra sensible. Al llegar a casa, su primera respuesta es la negación: «Claro que soy feliz. ¿Qué piensa ella? ¿Que no lo soy?». Sin embargo, se da cuenta de ello: «No era feliz… Llevaba su felicidad como una máscara y la chica había salido corriendo por el césped con la máscara y no había forma de ir a llamar a su puerta y pedir que se la devolviera».»
El momento de este reconocimiento tiene una gran importancia en la novela, ya que se produce justo antes de que Montag descubra a su mujer, Mildred, inconsciente en la cama tras una sobredosis de somníferos. Cuando los paramédicos llegan para hacer un lavado de estómago a Mildred y hacerle una transfusión de sangre de urgencia, informan a Montag de que este tipo de sucesos ocurren siempre. Mildred parece no inmutarse por su experiencia cercana a la muerte, y Montag se da cuenta de que su esposa se ha vuelto tan vacía que está esencialmente dormida incluso cuando está despierta.
Entre el reconocimiento de su propia infelicidad y la constatación de la vacuidad de su esposa, Montag se hace vagamente consciente de que algo está mal en el statu quo. La conmoción de presenciar cómo una mujer rebelde se quema viva incita la transformación de Montag. Se despierta a la plena conciencia de los problemas profundamente arraigados de su sociedad cuando es testigo de que esta mujer elige morir antes que dejar que los bomberos se lleven sus libros.
Cuando Montag roba un libro durante el episodio con la mujer rebelde, se ve envuelto en un tenso conflicto con el siniestro capitán Beatty y con la sociedad en general. Beatty sospecha inmediatamente que Montag alberga libros ilegales y le hace una visita, durante la cual le explica la historia social y tecnológica que llevó a la prohibición de los libros. Beatty desea disuadir a Montag de la lectura, pero su discurso tiene el efecto contrario. Después de que Beatty se vaya, Montag decide dar sentido a lo mismo que ha dedicado su vida a destruir: los libros.
La decisión de Montag de buscar el valor de los libros conduce directamente al clímax de la novela. Mildred se resiste enérgicamente al proyecto de lectura de Montag, y el conflicto entre ambos llega a un punto álgido cuando Montag regresa a casa y encuentra a Mildred y sus amigos viendo la televisión en el «salón». Montag se enfurece con su superficialidad y les obliga a escuchar un pasaje de un libro. Aunque intenta encogerse de hombros como si fuera una broma, molesta visiblemente a las mujeres, que abandonan la casa y lo entregan inmediatamente a los bomberos. El clímax de la novela llega cuando Beatty ordena a Montag que queme su propia casa. En lugar de obedecer, Montag prende fuego a Beatty y huye. Montag escapa de la ciudad, flotando por un río que lo lleva fuera de la ciudad y al campo. Allí conoce a un grupo de intelectuales con ideas afines que dedican su vida a preservar los grandes libros, memorizándolos. La novela concluye con una bomba que cae sobre la ciudad y la reduce a escombros. La banda de intelectuales, liderada por Montag, se dirige hacia la ciudad destruida, con la esperanza de reconstruirla.
Al final de la novela, la transformación de Montag es completa. Aunque aún no domina la información que recibe de los libros, su pensamiento sufre un cambio suficiente que le permite rechazar su sociedad y abrazar la posibilidad de una nueva. Mientras que la sociedad anterior se derrumbó debido a su rechazo del conocimiento, el conocimiento servirá de base para la nueva sociedad.