巴黎医学院毕业生洛兰小姐跟随克尔恩教授去实验室。
她想起自己在接受这份工作时，教授提出的要求：不能把在这儿看到的或听到的说出去。这儿究竟有什么稀奇古怪的呢？
他们走进一间黑暗的房间。灯亮了，洛兰看见房间正中是一张大解平台，解平台旁放着一个玻璃箱子，箱内是一颗还在跳动的、人的心脏，心脏上插着很多管子。洛兰顺着管子看上去，突然看到一件东西，她如遭电击一般，浑身颤抖起来。
那是一个人的头颅——光有头，没有身体——正对着她望着。一根较粗的管子从喉咙里接出来，和一个大玻璃缸相连。各条管子上都接着阀门、压力表、温度表和一些洛兰不知道的东西。她的工作就是照料这些维持头颅生命的仪器。克尔恩教授叮嘱她决不能动接在粗管子上的阀门，否则头颅会死的。
洛兰每天默默地工作着，渐渐和头颅交上了朋友。她常常要拿一些最好的医学杂志给头颅看，并根据头颅的示意在杂志上作记号。头颅用垂下眼皮表示“好”，抬起眼皮表示“不好”。洛兰感到，头颅似乎有许多话要说。
那天，头颅又示意洛兰小姐打开那个阀门。洛兰小姐说：“不行，你会死掉的。”
头颅使劲抬了三下眼皮，意思是“不会的，不会的”，眼睛里闪烁着无限悲哀的光芒。
洛兰决定打开阀门。她刚把阀门旋开一点点，就听到头颅的喉咙里发出颤动的丝丝声：“谢谢您”原来这个阀门是控制声带的机关。
头颅告诉洛兰小姐，他是陶威尔教授，以前和克尔恩教授一起从事医学实验。后来他患了气喘病，随后克尔恩就把他变成现在这种样子，并强迫有意识、有思维的头颅继续为他工作。
洛兰知道了这个秘密，恨透了克尔恩，这种憎恶的感情与日俱增。
阿尔曼和陶威尔教授的儿子阿尔杜尔是一对情同手足的好朋友。这天他们正在地中海的海滨浴场晒日光浴，阿尔曼突然坐起来，把手中的画册掷在沙滩上。阿尔杜尔摘下太阳眼镜，看到阿尔曼悲伤的眼神，便关切地问：“怎么了？又在想安琪丽克了？”
阿尔曼点了点头，沉痛地叹了口气。舞蹈演员安琪丽克是阿尔曼的好朋友，前不久在火车翻车事故中遇难，可是尸体却失踪了。
突然，阿尔曼看到一个女人，穿着一件灰色的衣服，身影似曾相识当那女人做了一个手势时，他吃了一惊。“好熟悉的手势！对了，安琪丽克时常做这样的手势。”阿尔曼尾随那个女人来到一家酒馆。在酒馆里，他听到那个灰衣女人在唱歌，声音和安琪丽克的一模一样。阿尔曼发现那灰衣女人的脖子上有一块胎记，那正是安琪丽克的胎记。
阿尔曼决定解开其中的蹊跷，便找机会和那女人混熟了，知道她的名字叫勃丽克，是小酒店的歌唱演员。
一天，阿尔曼邀请勃丽克和她的朋友乘游艇出海，她欣然接受了。在游艇上，阿尔曼把勃丽克带到一间平静的船舱，说：“我必须和你谈谈。我觉得你的身体是我朋友安琪丽克的，请你把真相告诉我。”勃丽克听后身体一晃，昏了过去。
不久，她渐渐苏醒过来，睁开惊恐的眼睛，说：“别杀死我！我害怕。”然后大哭起来，边哭边诉说她的经历：“我被人打死了后来又活了光是我的头活了过来头是放在一张玻璃桌子上的，那是多么可怕啊！克尔恩教授是他把我弄活过来的我要求他把我的身体还给我，他答应了后来就不知从哪儿弄来了现在这个身体当时我害怕极了，不愿意我的头和别人的身体连在一起可克尔恩教授仍然给我打了麻药我醒来时就变成这个样子了。我不愿意留在克尔恩那里，就逃了出来，后来就到了这儿”阿尔曼把这件怪事告诉了阿尔杜尔。
克尔恩！他好像是我父亲的助手。阿尔杜尔暗想。
果然，他从勃丽克的口中得知自己父亲陶威尔教授的头颅也在克尔恩那里。阿尔杜尔决定和阿尔曼一同去巴黎，把事情搞清楚。
根据勃丽克的介绍，阿尔杜尔打听到了洛兰的住址。然而令人失望的是，洛兰的母亲告诉他，克尔恩派人来通知，说洛兰得了精神病，被送进了精神病医院。
阿尔杜尔又找到那家精神病医院，可那里像座监狱，根本不让人进去。
要弄清事件的真相，必须要找到洛兰，现在他们该怎么办呢？
在克尔恩那里工作的那段时间，洛兰的神经已变得极度衰弱，然而她的意志却没有动遥而克尔恩似乎觉察到洛兰与日俱增的厌恶情绪，就把她强行送进了这家拉维诺私人医院。
拉维诺医生开始找洛兰谈话，从真诚到粗暴，继而又让洛兰无休止地听一支悲哀的曲子洛兰的精神渐渐紊乱了，以致有生以来头一次想到了自杀。有一天，在散步的时候，她开始考虑结束自己生命的方式，她完全沉浸在自己的设想中，甚至没有注意到有一个人走到她面前，挡住她的去路说：“我认识你，洛兰小姐，我在你母亲那儿见到过你的像片。”
那人告诉洛兰，他叫阿尔杜尔，是陶威尔教授的儿子。为了救出洛兰，查明父亲的下落，他装成疯子，混进了医院。
当天夜晚，当时钟敲了１２下的时候，阿尔杜尔在洛兰的窗外发出暗号。浴兰装成上厕所，溜出了房间。正在等候他的阿尔杜尔抓着她的手，蹑手蹑脚地往前走，他们的脚步声被患失眠症的病人的呻吟声和喊叫声掩盖住了。长长的甬道终于走完了，他们到了精神病医院的围墙边，只要翻过后院的矮墙就可以脱险了。
阿尔杜尔靠在墙上，用手和肩膀帮助洛兰爬到墙上。这时，一个看守看见了他，发出警报。刹那间灯火通明，看守们互相呼应着，带着狗，迅速奔向他们。
“快跳！”阿尔杜尔推了洛兰一把，洛兰跳了下去，墙外接应的阿尔曼用双手接住了她。
可阿尔杜尔却被人抓住了。幸好阿尔曼通过警察局的朋友，把阿尔杜尔救了出来。
没几天，报纸上登出了克尔恩准备展览头颅的消息，大标题是《展览——复活的人头》。这个消息轰动了整个城市。
展览会上来了许多专家、学者、记者，当克尔恩走上讲台时，观众用经久不息的掌声欢迎他。
克尔恩开始做报告。他没有忘记提到陶威尔教授所作出的成绩，他对自己更是大吹大擂。观众都用崇拜的目光看着他。
这时洛兰冲上讲台，打断了克尔恩的演讲，指着他说：“他是强盗、凶手！他窃取了陶威尔教授的劳动！他杀害了陶威尔教授，却逼其他的头颅和他一起工作”洛兰的出现和展览会一样引起新闻界的震动。警察立即搜查了克尔恩的实验室，那里只有一个大鼻子、小眼睛的老头的头颅。
洛兰打开了阀门，头颅开口说话了，他说：“洛兰小姐，我是陶威尔教授。他在我鼻子下面注入了石蜡，我的生命快要结束了。”当他看到洛兰背后的阿尔杜尔时，脸上露出了一丝慈爱的笑容，然后永远地闭上了眼睛。
警察带走了克尔恩，阿尔杜尔伏在头颅前，用双手捂住了脸。洛兰温柔地把手放在他的肩上
