Der Ich-Erzähler ist ein gebildeter Arzt und Alchemist, der ein zurückgezogenes Leben im Burgund des 16. Jahrhunderts führt. Während einer Reise nach Genf, auf der er Hebräisch lernen möchte, ereilt seine Familie eine Tragödie: Ein heftiges Unwetter wird von der abergläubischen Nachbarschaft auf seine alchemistischen Studien im Turm zurückgeführt. Ein Hexenkommissar klagt seine junge Frau Suzanne der Zauberei an. Bei seiner Rückkehr wird der Erzähler, aus Angst gelähmt, Zeuge, wie Suzanne mit dem gemeinsamen Kind auf den Scheiterhaufen geführt und verbrannt wird. Seine Feigheit, nicht eingegriffen zu haben, hinterlässt bei ihm eine lebenslange, quälende Schuld.
Auf seiner Flucht nach Süden wird er in Dijon von Monsieur Joviet, einem Handelspartner seines Vaters, um sein ausstehendes Geld betrogen und mittellos auf der Straße ausgesetzt. Er erfährt später durch die alte Amme Therese, dass Suzanne das Kind im Gefängnis erdrosselt hatte, um ihm den qualvollen Feuertod zu ersparen. Der Alchemist schlägt sich als Horoskopdeuter durch und trifft im Gebirge auf den Einsiedler Gutmann, den letzten Vertreter der häretischen Glaubensgemeinschaft der „Guten Leute“. Gutmann teilt eine gnostische Weltsicht, nach der die materielle Welt ein fehlerhaftes Werk eines bösen Gegen-Gottes ist. Der Erzähler lehnt jedoch das Angebot ab, sein Schüler und Nachfolger zu werden, und reist weiter zu einer Burg in den Bergen.
Dort lässt er sich auf eine Affäre mit der Burgherrin Cathérine ein und wird mehr oder wenig genötigt, für den Burgherrn einen Schadenszauber gegen einen rivalisierenden Nachbarn vorzubereiten. Nach unheimlichen Vorfällen auf der Burg, dem Selbstmord eines Dieners und der Aufdeckung seines Verhältnisses zu Cathérine durch eine Magd muss er erneut überstürzt fliehen.
Sein weiterer Weg führt ihn nach Venedig, wo er unter dem Verdacht der Industriespionage bezüglich der Glasherstellung in Murano von der Staatsinquisition verhaftet, gefoltert und schließlich todkrank entlassen wird. Im Hospital der charismatischen Mutter Zuana findet er Zuflucht. Dort herrscht eine spirituelle Atmosphäre, geprägt von den Visionen des Gelehrten Guillaume Postel, der in Mutter Zuana die weibliche Erlösungskraft „Sophia“ (die neue Eva) sieht, die das Zeitalter des Heiligen Geistes einleiten soll. Dem steht die Fraktion von Antonia Negri gegenüber, welche die eigentliche Leitung des Hospitals für sich beansprucht. Der Erzähler verliebt sich platonisch in die junge Helferin Elena, die ihm ihr Doppelleben als exklusive Kurtisane offenbart. Sie bietet ihm Unterkunft und ein alchemistisches Labor in ihrem Palazzo an. Dort widmet er sich wieder intensiv der Erforschung des Steins der Weisen. Das Glück zerbricht jäh, als ein eifersüchtiger Kunde Elenas Geheimnis aufdeckt und sie aus Rache einer brutalen Gruppenvergewaltigung unterzieht. Elena erliegt kurz darauf ihren inneren Verletzungen. Antonia Negri, die sich selbst im Geiste einer älteren mailändischen Ketzersekte als geheime, kommende Päpstin sieht, und damit in Konkurrenz zu Postels neuer Eva steht, nutzt den Skandal, um Mutter Zuana zu diskreditieren, die bald darauf ebenfalls stirbt.
Der von Trauer zerrissene Erzähler flieht ein drittes Mal, diesmal ins Osmanische Reich in Richtung Syrien und Persien. Auf dem Weg begegnet er einem weisen „Narren“, den er im Nachhinein als den legendären, unsterblichen Al-Khidr (Elias) vermutet. Schließlich erreicht er Harran, wo er einen jungen spirituellen Meister, den Javanmard, trifft. Dieser führt ihn weg von der materiellen Laboralchemie hin zur „Alchemie der Seele“ – der Transformation des eigenen Geistes durch Meditation und Hingabe an das All-Eine. Im Epilog sitzt der gealterte Alchemist unter dem Sternenhimmel im Ruinenrund von Harran. Er hat erkannt, dass er den Stein des ewigen Lebens physisch verfehlt hat. Doch er hofft, durch die geistige Läuterung seiner Seelenkräfte inneren Frieden zu finden und ein reines Bewusstsein zu bewahren, das selbst den Tod und die Zyklen der Wiedergeburt überdauert.