男主角D-503是大一统国“一统号”飞船的设计师,日常工作是进行“一统号”的设计建造,和女号码O-90保持着比较固定的性关系,坚信且热爱着大一统国的一切。直到一天他遇到了另一个特别的女号码I-330,并在和I-330的几次接触后,逐渐对她产生了感情。D-503在这个逐渐爱上I-330的过程中,觉醒了自己作为人,而不是作为一个大一统国国家细胞的各种感情,意识和渴望。在这个觉醒过程中,因为产生的不符合大一统国国家行为规范的思想,种种影响整体幸福的感情,这些都和D-503的信仰产生了直接冲突,这让他无比痛苦和纠结。
I-330是绿色巨墙外面的人,也是大一统国的反叛者之一,她接触D-503是为了和同伴们夺取“一统号”的控制权,并推翻大一统国的统治。D-503虽然在爱情的作用下被她说服,决定在“一统号”试飞当天帮助他们夺取政权,内心深处却始终是惶恐不安,充满怀疑的。然而,就在一切都准备好时,精神阉割手术出现了,所有人都将接受手术,成为完美的号码,通往百分之百的幸福。而反叛行动被揭发了,I-330怀疑是D-503告的密,这让D-503在痛苦之中更加迷茫于自己的选择。 书的结尾,D-503进行了精神阉割手术,然后说出了I-330的号码,看着她被处刑,而自己回归到原本安分守己的状态,重新成为了一个完美的没有“灵魂”的号码。