Fahrenheit 451 racconta la storia di Guy Montag e la sua trasformazione da pompiere che brucia libri a ribelle che legge libri. Montag vive in una società oppressiva che cerca di eliminare tutte le fonti di complessità, contraddizione e confusione per assicurare una felicità senza complicazioni a tutti i suoi cittadini. Come Montag si rende conto nel corso del romanzo, tuttavia, i suoi concittadini non sono tanto felici quanto spiritualmente vuoti. Le persone in questo mondo sono costantemente bombardate da pubblicità e divertimenti superficiali, non lasciando loro spazio per pensare da soli o valutare i propri stati emotivi. Il risultato è una società che diventa sempre più egoista, alla ricerca del piacere, disconnessa e vuota.
Montag comincia a prendere coscienza dei problemi che la sua società affronta subito dopo il suo primo incontro con la libera protagonista Clarisse McClellan. All’inizio la giovane donna lo confonde. Per tutto il suo comportamento sconcertante e poco ortodosso, Montag rimane incuriosito, e dopo che si separano si fissa sulla domanda finale di Clarisse: “Sei felice?” In quel momento non ha idea di come rispondere, ma la domanda colpisce nel segno. Arrivato a casa, la sua prima risposta è la negazione: “Certo che sono felice. Cosa pensa lei? Non lo sono?” Tuttavia, una consapevolezza gli si affaccia: “Non era felice…Indossava la sua felicità come una maschera e la ragazza era scappata attraverso il prato con la maschera e non c’era modo di andare a bussare alla sua porta e chiederla indietro.”
Il momento di questo riconoscimento ha un grande significato nel romanzo, poiché avviene poco prima che Montag scopra sua moglie, Mildred, incosciente nel letto dopo un’overdose di sonniferi. Quando i paramedici arrivano per fare la lavanda gastrica a Mildred e farle una trasfusione di sangue d’emergenza, informano casualmente Montag che questo tipo di evento accade di continuo. Mildred sembra indifferente alla sua esperienza di pre-morte, e Montag si rende conto che sua moglie è diventata così vuota che essenzialmente dorme anche quando è sveglia.
Tra il riconoscimento della propria infelicità e la realizzazione della vacuità di sua moglie, Montag diventa debolmente consapevole che qualcosa non va nello status quo. Lo shock di essere testimone di una donna ribelle che si brucia viva incita la trasformazione di Montag. Si risveglia nella piena consapevolezza dei problemi profondi della sua società quando assiste alla scelta di questa donna di morire piuttosto che lasciare che i pompieri le portino via i libri.
Quando Montag ruba un libro durante l’episodio con la donna ribelle, si trascina in un conflitto teso con il sinistro capitano Beatty e con la società in generale. Beatty sospetta immediatamente che Montag nasconda libri illegali e gli fa una visita, durante la quale gli spiega la storia sociale e tecnologica che ha portato alla messa al bando dei libri. Beatty vuole dissuadere Montag dalla lettura, ma il suo discorso ha l’effetto contrario. Dopo che Beatty se ne va, Montag decide di dare un senso proprio alla cosa che ha dedicato la sua vita a distruggere: i libri.
La decisione di Montag di cercare il valore dei libri porta direttamente al climax del romanzo. Mildred si oppone fortemente al progetto di lettura di Montag, e il conflitto tra i due arriva al culmine quando Montag torna a casa e trova Mildred e i suoi amici a guardare la televisione nel “salotto”. Montag si infuria per la loro superficialità e le costringe ad ascoltare un brano di un libro. Anche se cerca di scrollarsi di dosso le sue azioni come uno scherzo, fa visibilmente arrabbiare le donne, che lasciano la casa e lo consegnano immediatamente ai pompieri. Il culmine del romanzo arriva quando Beatty ordina a Montag di bruciare la sua stessa casa. Invece di obbedire, Montag dà fuoco a Beatty e fugge. Montag fugge dalla città, galleggiando lungo un fiume che lo porta fuori dalla città e in campagna. Lì incontra un gruppo di intellettuali che la pensano come lui e che dedicano la loro vita a preservare i grandi libri, memorizzandoli. Il romanzo si conclude con una bomba che cade sulla città, riducendola in macerie. La banda di intellettuali, guidata da Montag, si dirige verso la città distrutta, sperando di ricostruirla.
Alla fine del romanzo, la trasformazione di Montag è completa. Anche se deve ancora padroneggiare le informazioni che riceve dai libri, il suo pensiero subisce un cambiamento sufficiente per permettergli di rifiutare la sua società e abbracciare la possibilità di una nuova. Mentre la società precedente è crollata a causa del suo rifiuto della conoscenza, la conoscenza servirà come base per la nuova società.