찰리 고든은 앞으로의 실험을 위해 이 진행보고서를 쓴다. 찰리는 32살이고 빵집에서 일하며 지체장애자들을 위한 수업을 듣는다. 찰리의 선생님인 앨리스는 스트라우스 박사가 새로운 실험과 수술로 그를 똑똑하게 만들어줄 수 있다고 말한다. 찰리는 지금부터 자신이 생각하고 기억하는 모든 것을 기록한다. 스트라우스는 이 수술이 오직 동물에게만 이루어졌으며 앨저넌이라는 생쥐가 지금까지 가장 안정된 결과를 보여준다. 수술을 마친 찰리는 친구들과 똑똑한 대화를 나누고 싶어하지만 생각만큼 빨리 똑똑해지지는 않는데에 실망한다.

찰리는 여전히 앨저넌을 이길 수 없어서 그 생쥐를 미워한다. 찰리는 빵집으로 돌아가지만 찰리의 변화는 너무 느리다. 도너씨는 찰리가 병원에 있는 동안 배달할 다른 소년을 고용하자 불안하다. 도너씨는 허먼 삼촌의 부탁 때문에 찰리를 평생 책임지겠다고 다짐한다. 니머 교수와 스트라우스 박사는 찰리에게 수면 중에 교육하는 티비를 갖다준다. 찰리는 자신의 과거를 속속들이 기억하게 된다. 빵집 친구들은 술집에서 찰리를 놀린 뒤 버려두고 온다. 찰리는 앨저넌을 이기지만 먹이를 위해 시험에 통과해야 하는 생쥐가 불쌍한 생각이 든다.

만우절날, 빵집의 친구들은 찰리를 놀리려고 하지만 오히려 골탕을 당하고 만다. 앨리스는 찰리에게 똑똑해지게 되면 사람들이 그렇게 좋지 않다는 걸 알게 된다고 경고한다. 찰리는 어린시절에 엄마가 동생을 낳아서 왔던 일을 기억한다. 엄마는 찰리가 동생에게 해를 끼칠까봐 두려워하며 찰리에게 냉정하게 대한다. 찰리는 어린시절 친구들에게 놀림당했던 일들을 기억한다. 스트라우스 박사는 찰리가 똑똑해질수록, 특히 그의 지능이 정서적 성장을 뛰어넘을 때 더 많은 문제가 생길거라고 말한다.

찰리는 생산을 증가시킬 수 있는 새로운 방법을 고안해 승진을 한다. 찰리는 니머 교수와 스트라우스 박사의 논쟁을 우연히 엿듣는다. 니머 교수는 중간보고서를 제출하고 싶어하지만 스트라우스 박사는 부정적이다. 찰리는 이제 대학교에서 많은 시간을 보내며 평생을 믿었던 일들이 사실이 아니며 어떤 것도 겉으로 보이는 모습과는 다르다는 걸 알게 된다. 어느날 찰리는 엄마가 아빠에게 소리치는 꿈을 꾼 후로 그 어느 때보다도 또렷이 부모의 모습을 기억한다.

찰리는 앨리스와의 관계를 발전시켜나간다. 찰리는 마침내 앨리스에게 사랑고백을 하지만 감정표현에 서툴다. 그의 말은 대단히 성숙했지만 그의 감정은 여전히 미성숙하다. 찰리는 여동생 노마와의 어린시절 일을 기억해내고 엄마가 자신을 살해하려고 했다는 걸 알게 된다. 찰리는 김피가 고객과 공모해서 주인을 속이고 착복하는 장면을 목격하고 딜레마에 빠진다. 찰리는 김피 사건으로 빵집에서 해고되고 자신의 지능이 사람들과의 관계에 장벽이 되고 있다고 느낀다.