1965, dans une université du Maryland. Edward Jessup est un jeune psychophysiologiste complètement absorbé par son travail et considéré par ses pairs comme étant « le meilleur » dans son domaine. Au début du roman, il passe ses journées à enfermer des militaires dans un caisson d’isolement sensoriel pour voir comment réagit leur cerveau lorsqu’ils sont dedans. Intrigué par les encéphalogrammes que produisent les cobayes et par l’état euphorique dans lequel ils ressortent du caisson, il décide de tenter lui-même l’expérience. Il est rapidement assailli d’hallucinations essentiellement religieuses, et ça l’étonne : il pensait avoir définitivement perdu la foi depuis la mort de son père. Mais surtout, un inexplicable sentiment de bien-être lui donne envie de réitérer au plus vite ce drôle de bain.

Les mois passent ; Jessup a entraîné dans ses expérimentations un ami pharmacologue nommé Arthur Rosenberg. A l’occasion d’une soirée psychédélique entre universitaires fraîchement diplômés, il fait la rencontre d’Emily, une anthropologue. Ils sont tous les deux passionnés par leurs recherches respectives et trouvent rapidement un terrain d’entente. Le problème, c’est qu’ils ne sont pas vraiment sur la même longueur d’ondes.