Cuore di tenebra è incentrato su Marlow, un marinaio introspettivo, e sul suo viaggio lungo il fiume Congo per incontrare Kurtz, ritenuto un uomo idealista di grandi capacità.Marlow accetta un lavoro come capitano di una barca fluviale con la Compagnia, una società belga organizzata per commerciare nel Congo. Mentre viaggia in Africa e poi risale il Congo, Marlow incontra una diffusa inefficienza e brutalità nelle stazioni della Compagnia. Gli abitanti nativi della regione sono stati costretti al servizio della Compagnia, e soffrono terribilmente per il troppo lavoro e i maltrattamenti subiti dagli agenti della Compagnia. La crudeltà e lo squallore dell’impresa imperiale contrastano nettamente con la giungla impassibile e maestosa che circonda gli insediamenti dell’uomo bianco, facendoli apparire come piccole isole in mezzo a una vasta oscurità.
Marlow arriva alla Stazione Centrale, gestita dal direttore generale, un personaggio malsano e cospiratore. Scopre che il piroscafo è stato affondato e trascorre diversi mesi in attesa dei pezzi per ripararlo. Il suo interesse per Kurtz cresce in questo periodo. Il direttore e il suo favorito, il muratore, sembrano temere Kurtz come una minaccia alla loro posizione. Si dice che Kurtz sia malato, rendendo i ritardi nella riparazione della nave ancora più costosi. Marlow alla fine ottiene le parti di cui ha bisogno per riparare la sua nave, e lui e il direttore partono con alcuni agenti (che Marlow chiama pellegrini per la loro strana abitudine di portare lunghe doghe di legno ovunque vadano) e un equipaggio di canibali per un lungo e difficile viaggio su per il fiume. La fitta giungla e l’opprimente silenzio rendono tutti a bordo un po’ nervosi, e l’occasionale scorcio di un villaggio indigeno o il suono dei tamburi mandano i pellegrini in delirio.
Marlow e il suo equipaggio si imbattono in una capanna con legna da ardere accatastata, insieme a un biglietto che dice che la legna è per loro ma che devono avvicinarsi con cautela. Poco dopo che il piroscafo ha imbarcato la legna, è circondato da una fitta nebbia. Quando la nebbia si dirada, la nave viene attaccata da una banda invisibile di indigeni, che scagliano frecce dalla sicurezza della foresta. Il timoniere africano viene ucciso prima che Marlow spaventi gli indigeni con il fischio a vapore della nave. Non molto tempo dopo, Marlow e i suoi compagni arrivano alla stazione interna di Kurtz, aspettandosi di trovarlo morto, ma un commerciante russo mezzo matto, che li accoglie quando scendono a terra, assicura loro che tutto va bene e li informa che è stato lui a lasciare il bosco. Il russo sostiene che Kurtz ha ampliato la sua mente e non può essere sottoposto agli stessi giudizi morali delle persone normali. A quanto pare, Kurtz si è affermato come un dio presso gli indigeni e ha compiuto incursioni brutali nel territorio circostante in cerca di avorio. La collezione di teste mozzate che adornano i pali di recinzione intorno alla stazione attesta i suoi “metodi”. I pellegrini portano Kurtz fuori dalla station-house su una barella, e un grande gruppo di guerrieri nativi si riversa fuori dalla foresta e li circonda. Kurtz parla con loro, e gli indigeni scompaiono nel bosco.
Il direttore porta Kurtz, che è molto malato, a bordo della nave. Una bella donna indigena, apparentemente l’amante di Kurtz, appare sulla riva e fissa la nave. Il russo insinua che sia in qualche modo coinvolta con Kurtz e che abbia già causato problemi in passato grazie alla sua influenza su di lui. Il russo rivela a Marlow, dopo avergli giurato di mantenere il segreto, che Kurtz aveva ordinato l’attacco al vapore per far credere di essere morto, in modo che potessero tornare indietro e lasciarlo ai suoi piani. Il russo parte allora in canoa, temendo il dispiacere del direttore. Kurtz scompare nella notte, e Marlow esce a cercarlo, trovandolo che striscia a quattro zampe verso il campo degli indigeni. Marlow lo ferma e lo convince a tornare alla nave. La mattina dopo partono lungo il fiume, ma la salute di Kurtz sta rapidamente cedendo.
Marlow ascolta Kurtz parlare mentre pilota la nave, e Kurtz affida a Marlow un pacchetto di documenti personali, tra cui un eloquente pamphlet sulla civilizzazione dei selvaggi che finisce con un messaggio scarabocchiato che dice: “Sterminate tutti i bruti!” Il piroscafo si rompe e devono fermarsi per le riparazioni. Kurtz muore, pronunciando le sue ultime parole: “L’orrore! L’orrore!”- alla presenza del confuso Marlow. Marlow si ammala poco dopo e sopravvive a malapena. Alla fine torna in Europa e va a trovare l’Intendente di Kurtz (la sua fidanzata), che è ancora in lutto, anche se è passato più di un anno dalla morte di Kurtz, e lo elogia come un esempio di virtù e realizzazione; lei chiede quali siano state le sue ultime parole, ma Marlow non riesce a infrangere le sue illusioni con la verità. Invece, le dice che l’ultima parola di Kurtz è stato il suo nome.