Akcja utworu rozgrywa się we Paryżu na początku XX wieku. Głównymi bohaterami utworu są Oskar Thibault, średniozamożny mieszczanin i działacz katolicki oraz jego dwaj synowie – młody lekarz Antoni i młodszy od niego o dziesięć lat Jakub, uczeń. Zbuntowany i wrażliwy Jakub przyjaźni się ze swoim rówieśnikiem, Danielem de Fontanin, protestantem. Chłopcy wymieniają swoje zwierzenia i wiersze za pośrednictwem brulionu, który zostaje ostatecznie odnaleziony przez nauczycieli; jego treść w ich ocenie jest niemoralna. Chłopcy uciekają z domu, próbują z Marsylii wydostać się z kraju, jednak zostają ostatecznie odnalezieni przez policję i odwiezieni do rodzin. Podczas gdy pani de Fontanin czule wita Daniela, Oskar Thibault postanawia oddać Jakuba do ufundowanego przez siebie zakładu poprawczego.
W obawie o los brata Antoni bez uprzedzania dyrekcji placówki odwiedza brata. Stwierdza, że Jakub nie uczy się, nie pracuje, cierpi z powodu ordynarności opiekunów, pogrążył się w całkowitej apatii. Zabiera go z domu poprawczego i sam przejmuje opiekę nad bratem. Pięć lat później Jakub z powodzeniem zdaje egzamin wstępny do École normale supérieure, jednak nie podejmuje nauki w szkole – uważa, że godząc się na rygor nauczania zmarnowałby swoje życie. Spędza wakacje w wiejskiej willi ojca, gdzie zakochuje się w siostrze Daniela, Jenny de Fontanin; równocześnie odczuwa pożądanie wobec młodszej od siebie Gizy, wychowanki znajomej ich ojca, którą zawsze traktował jak siostrę. Konflikt młodzieńca z ojcem doprowadza go do porzucenia rodziny; ojciec i brat są przekonani, że Jakub popełnił samobójstwo. Tymczasem Antoni zakochuje się w Racheli, pięknej Żydówce o niejasnej przeszłości, jednak po kilku miesiącach romansu zostaje przez nią porzucony.
Mijają trzy lata. Antoni kontynuuje praktykę lekarską, tymczasem Oskar Thibault zapada ciężko na zdrowiu, a jego stan sukcesywnie się pogarsza. Antoni przypadkowo odkrywa, że jego młodszy brat żyje – trafia na nowelę podpisaną czytelnym pseudonimem Baulthy, której treść wyraźnie nawiązuje do historii miłości Jakuba i Jenny. Odnajduje brata w Lozannie, gdzie Jakub dołączył do wielonarodowej grupy działaczy socjalistycznych. Zgadza się wrócić do Paryża, by pożegnać się z umierającym ojcem. Widząc, iż dla Oskara Thibault nie ma już ratunku, Antoni podaje mu zastrzyk, po którym mężczyzna bezboleśnie i szybko umiera. Po śmierci ojca starszy z braci przegląda jego dokumenty i listy, przekonując się, że Oskar Thibault nie był, jak sądzili, tyranem rodzinnym i hipokrytą, lecz czułym i wrażliwym mężczyzną.
Przywódca francuskich socjalistów Jean Jaurès. Jego działalność w ostatnich dniach przed mobilizacją oraz śmierć w zamachu zostały opisane w powieści
Akcja powieści przenosi się z kolei do roku 1914. Jakub, działacz Drugiej Międzynarodówki, z przerażeniem obserwuje bieg wydarzeń politycznych w Europie, a następnie angażuje się w nieliczne próby niedopuszczenia do wojny, jakie podjął międzynarodowy ruch robotniczy. W Paryżu spotyka się z Antonim i bezskutecznie próbuje przekonać go do swoich poglądów. Ponownie spotyka Jenny; młodzi zakochują się w sobie. Kiedy zostaje ogłoszona mobilizacja, przerażony i rozczarowany młodzieniec obserwuje, jak robotnicy, zamiast zorganizować strajk powszechny, karnie kierują się do wyznaczonych oddziałów, zaś lewicowe organizacje wzywają do walki w obronie ojczyzny. Jakub dysponuje fałszywymi dokumentami na nazwisko szwajcarskiego studenta i początkowo planuje wyjechać z Francji razem z Jenny. Ostatecznie jednak postanawia zostawić dziewczynę w Paryżu i samotnie dołączyć do towarzyszy w Lozannie.
Pragnąc, by jego życie skończyło się wielkim i pożytecznym dziełem, Jakub postanawia zorganizować przy pomocy towarzysza rajd propagandowy nad frontem w Alzacji. Chce zrzucać z samolotu ulotki pacyfistyczne, które, jak wierzy, mogą zachęcić żołnierzy po obydwu stronach do odmowy wykonywania rozkazów. Udaje się zorganizować taką akcję, jednak samolot zostaje zestrzelony, ulotki ulegają zniszczeniu, a ciężko ranny Jakub dostaje się do francuskiej niewoli jako szpieg. Oddział Francuzów transportuje go do odpowiedzialnego oficera, jednak po drodze, w zamieszaniu wywołanym przez nieoczekiwane pojawienie się sił wroga, jeden z żołnierzy zabija jeńca.
Akcja epilogu utworu rozgrywa się w 1918. Antoni, który w czasie wojny był lekarzem polowym, został ranny w ataku gazowym pod Ypres, jest poddawany eksperymentalnej kuracji i ma nadzieję na odzyskanie zdrowia. W Paryżu spotyka Daniela de Fontanin, który na wojnie stracił nogę, jak również Jenny i Gizę, wspólnie wychowujące Jana Pawła, syna-pogrobowca Jakuba. Po konsultacji ze starym przyjacielem, doktorem Philipem, Antoni przekonuje się, że pozostało mu kilka miesięcy życia. Postanawia spisać swoje myśli i doświadczenia w dzienniku, który kiedyś przeczyta Jan Paweł, ostatni z rodu Thibault; w listopadzie 1918 umiera