У травні 1859 року Аркадій Миколайович Кірсанов повертається після закінчення Петербурзького університету в маєток свого батька Мар'їно.
Його батько, Микола Петрович, хвилюється в очікуванні сина на заїжджому дворі. Сам він - син генерала, але його військова кар'єра не відбулася, тому що він ще молодим зламав ногу і кульгав. Дружина його померла 12 років тому, і з тих пір всі свої сили Микола Петрович присвятив вихованню улюбленого сина, а останнім часом зайнявся перетвореннями в своєму маєтку.
Разом з сином в маєток проїжджає погостювати Євген Васильович Базаров - початківець лікар, один Аркадія.
На перших порах розмова батька і сина не клеїться. Батько соромиться того. що він містить при собі дівчину Фенечку, яка має від нього дитину. Однак Аркадій віддає перевагу згладжувати виниклу напругу в розмові.
У маєтку крім Миколи Петровича живе його старший брат - Павло Петрович. У нього з Базаровим відразу ж виникає антипатія. Вже на другий день після приїзду між ними виникає сутичка. Базаров висловлює свої переконання. Він каже, що хімія важливіше мистецтва, і що в науці важливий практичний результат. Він виского думки про себе, але свої сучасникам відводить роль споглядальну: «спершу треба місце розчистити» .не Одного ранку, коли Базаров йде ловити жаб (він любить проводити на них експерименти), Павло Петрович і Микола Петрович розпитують Аркадія про його нового друга. Аркадій з гордістю говорить їм, що Базаров нігіліст, людина багато чого заперечує. Брати не готові розділити поглядів Базаров, нігілізм представляється їм зухвалим і необгрунтованим.
Аркадій, хоча як і раніше вірний своєму другові, зауважує, як грубий Базаров. Він намагався змусити його співчувати Павлу, розповідаючи історію його життя.
Павло Петрович Кірсанов був шанованою людиною, офіцером, поки не закохався в княгиню Р *. Вона ж не приймала його залицянь, і він був цим повністю спустошений. Базаров і після розповіді Аркадія зберігає своє зарозумілість, вважає, що Павло Петрович не зміг розібратися навіть зі своїм життям і нема чого йому щось проповідувати молодому поколінню.
Кілька тижнів потому, між Павлом Петровичем і Базаровим знову виникає конфлікт. Павло Петровичу стверджує, що ніхто не може жити без принципів, і що російські люди - люди віри. Базаров, зі свого боку, каже, краще, що може зробити його покоління - відмовитися від усього. Микола Петрович намагається якось їх примирити, хоч і не згоден з радикальними поглядами Базарова. Він згадує, що свого часу він теж говорив своїй матері, що вона його не розуміє, тому що вона з іншого покоління.
Тим часом, Аркадій проводить багато часу з Катею в Нікольському. Вони обговорюють відносини Базарова і Анни Сергіївни, і Каті здається, що Аркадій виходить з-під впливу Базарова. Базаров також приїжджає в Нікольське розповісти Аркадію про дуель. За наполяганням Аркадія, Базаров йде до Анни Сергіївни, але розуміє, що взаємності немає. Він вирішує розлучитися і з нею, і з Аркадієм і повертається до батьків.
Удома він допомагає його батькові, місцевого лікаря, в лікуванні селян. Батько, Василь Іванович. щасливий і дуже гордий за сина, але він переживає. що Базаров сумний і похмурий. Одного разу, будучи в місті, Базаров допомагає місцевим лікарям у розтині трупа тифозного хворого і випадково ранить собі палець. Він дуже спокійно це сприймає, хоча і розуміє, що він заразився і дні його полічені. Одним з останніх бажань Базарова є бажання зустрітися з Ганною Сергіївною. Він каже їй про свою любов і про те, що вся його життя пішло прахом, тепер для нього важливо тільки померти гідно. На його прохання, Анна перед відходом цілує його в лоб. Він помирає в той же вечір.
Книга завершується вінчанням в сільській церкві двох пар: Миколи Петровича і Фенечки і Аркадія і Каті. Павло Петрович залишає їх і їде в Дрезден, щоб прожити там решту свого життя.
Аркадій стає згодом хорошим господарем Мар'їно і маєток починає приносити дохід. Миколи Петрович стає світовим посередником і старанно трудиться.
На могилу Базарова ходять тільки його старі батьки. Вони гірко плачуть по так рано втраченому синові і моляться за упокій його душі.