Fahrenheit 451 raconte l’histoire de Guy Montag et sa transformation de pompier brûleur de livres en rebelle lecteur de livres. Montag vit dans une société oppressive qui tente d’éliminer toute source de complexité, de contradiction et de confusion afin d’assurer un bonheur sans complication à tous ses citoyens. Cependant, comme Montag s’en rend compte au fil du roman, ses concitoyens ne sont pas tant heureux que spirituellement creux. Les gens de ce monde sont constamment bombardés de publicités et de divertissements superficiels, ce qui ne leur laisse aucun espace pour penser par eux-mêmes ou évaluer leurs propres états émotionnels. Le résultat est une société qui devient de plus en plus égoïste, avide de plaisir, déconnectée et vide.
Montag commence à prendre conscience des problèmes auxquels sa société est confrontée peu après sa première rencontre avec la libre d’esprit Clarisse McClellan. Au début, la jeune femme le déconcerte. Malgré son comportement déroutant et peu orthodoxe, Montag reste intrigué et, après leur séparation, il se fixe sur la dernière question de Clarisse : « Êtes-vous heureux ? » Sur le moment, il ne sait pas comment répondre, mais la question touche une corde sensible. En arrivant chez lui, sa première réponse est le déni : « Bien sûr que je suis heureux. Qu’est-ce qu’elle en pense ? Je ne le suis pas ? » Pourtant, une prise de conscience s’impose à lui : « Il n’était pas heureux… Il portait son bonheur comme un masque et la fille s’était enfuie à travers la pelouse avec le masque et il n’y avait aucun moyen d’aller frapper à sa porte pour lui demander de le rendre. »
Le moment de cette reconnaissance a une grande importance dans le roman, puisqu’il se produit juste avant que Montag ne découvre sa femme, Mildred, inconsciente dans son lit après une overdose de somnifères. Lorsque les ambulanciers arrivent pour effectuer un lavage d’estomac et une transfusion sanguine d’urgence, ils informent Montag que ce genre d’événement arrive tout le temps. Mildred ne semble pas perturbée par son expérience de mort imminente, et Montag réalise que sa femme est devenue si vide qu’elle est essentiellement endormie même lorsqu’elle est éveillée.
Entre la reconnaissance de son propre malheur et la réalisation de la vacuité de sa femme, Montag prend vaguement conscience que quelque chose ne va pas dans le statu quo. Le choc de voir une femme rebelle se brûler vive incite Montag à se transformer. Il s’éveille à la pleine conscience des problèmes profonds de sa société lorsqu’il voit cette femme choisir de mourir plutôt que de laisser les pompiers lui prendre ses livres.
Lorsque Montag vole un livre pendant l’épisode avec la femme rebelle, il s’entraîne dans un conflit tendu avec le sinistre capitaine Beatty et avec la société en général. Beatty soupçonne immédiatement Montag d’héberger des livres illégaux et lui rend visite, au cours de laquelle il explique l’histoire sociale et technologique qui a conduit à l’interdiction des livres. Beatty souhaite dissuader Montag de lire, mais son discours a l’effet inverse. Après le départ de Beatty, Montag décide de donner un sens à la chose même qu’il a consacré sa vie à détruire : les livres.
La décision de Montag de chercher la valeur des livres mène directement au point culminant du roman. Mildred résiste fermement au projet de lecture de Montag, et le conflit entre les deux atteint son paroxysme lorsque Montag rentre chez lui et trouve Mildred et ses amis en train de regarder la télévision dans le « salon ». Montag est furieux de leur superficialité et les oblige à écouter un passage d’un livre. Bien qu’il tente de faire passer son geste pour une blague, il bouleverse visiblement les femmes, qui quittent la maison et le dénoncent immédiatement aux pompiers. Le point culminant du roman est atteint lorsque Beatty ordonne à Montag de brûler sa propre maison. Au lieu d’obéir, Montag met le feu à Beatty et s’enfuit. Montag s’échappe de la ville, flottant sur une rivière qui le conduit hors de la ville et à la campagne. Là, il rencontre un groupe d’intellectuels aux vues similaires qui consacrent leur vie à préserver les grands livres en les mémorisant. Le roman se termine par la chute d’une bombe sur la ville, qui la réduit en ruines. La bande d’intellectuels, dirigée par Montag, se dirige vers la ville détruite, dans l’espoir de la reconstruire.
À la fin du roman, la transformation de Montag est complète. Bien qu’il n’ait pas encore maîtrisé les informations qu’il reçoit des livres, sa pensée subit un changement suffisant pour lui permettre de rejeter sa société et d’embrasser la possibilité d’une nouvelle. Alors que la société précédente s’est effondrée en raison de son refus du savoir, la connaissance servira de fondement à la nouvelle société.