Marie Laurent, en ung lege, får tilbud om å gå på jobb i laboratoriet til professor Kern. Kontoret hvor Kern tar imot henne gjør veldig dystert inntrykk. Men et besøk på laboratoriet viser seg å være mye dyster: der ser Marie et menneskelig hode atskilt fra kroppen. Hodet er montert på et firkantet glassplate, rør går fra det til forskjellige sylindere og sylindere. Hodet minner påfallende om Marie, den nylig avdøde professoren Dowell, en kjent forsker og kirurg. Dette er virkelig hodet hans. I følge Kern klarte han å "gjenoppstå" bare hodet til Dowell, som led av en uhelbredelig sykdom. ("Jeg foretrekker døden fremfor en slik oppstandelse," svarer Marie Laurent på dette.)
Marie drar på jobb i Kern-laboratoriet. Hennes ansvar inkluderer å overvåke hodets tilstand, som "hører, forstår og kan svare med ansiktsuttrykk." I tillegg bringer Marie mange medisinske magasiner til hodet hver dag, og de "bla" gjennom dem sammen. Det blir opprettet en form for kommunikasjon mellom Maries hode og Marie, og en dag ber hodet til professor Dowell jenta om å slå av kranen på røret som ble brakt til halsen (Kern forbød strengt tatt Marie å ta på kranen og sa at dette ville føre til hodet hennes umiddelbart). Hodet klarer å forklare Marie: dette vil ikke skje. Jenta nøler, men til slutt oppfyller han forespørselen og hører et sus og en svak sprukket stemme - hodet kan snakke! I hemmelige samtaler finner Marie Laurent og professorens leder de monstrøse detaljene i vekkelsen.
Kern var adjunkt. Han er en talentfull kirurg. Under samarbeidet med professor Dowell skjedde et astmaanfall, og når han våknet, så han at han hadde mistet kroppen. Kern trengte å holde professorens hjerne aktiv for å fortsette forskningen. Dowell nektet å samarbeide med ham, selv om Kern tvang ham til å bruke de mest brutale metodene (føring av en elektrisk strøm gjennom professorens hode, blanding av irriterende stoffer og næringsløsninger). Men da Kern, som utførte eksperimenter foran hodet, gjorde flere feil som kunne ødelegge resultatene av deres innsats, kunne ikke professor Dowell tåle det og gikk med på å fortsette å jobbe.
Ved hjelp av Dowell gjenoppretter Kern to hoder til, mann og kvinne (Tomas Bush, en arbeider som ble fanget i en bil, og Briquet, en liten jente fra en bar som fikk en kule som ikke var beregnet på henne). Operasjonen er vellykket, men hodene til Tom og Briquet, i motsetning til Dowell, som ikke er vant til intellektuell aktivitet, smelter uten kropp. Marie Laurent legger til mer arbeid. Hun overvåker ikke bare tilstanden til alle tre målene, men viser også Tom og Briquet-filmer, inkluderer musikk for dem. Men alt minner dem om deres tidligere liv og bare opprører dem. Vedvarende Brika klarer å overtale Kern til å prøve å sy en ny kropp. I mellomtiden lærer Kern om Maries samtaler med professor Dowells hode. Jenta er klar til å eksponere ham, og forteller hele verden sin forferdelige hemmelighet, og Kern forbyr Marie å returnere hjem. Marie prøver å protestere. Kern, foran øynene, slår av en av kranene og fratar Dowell luft. Marie samtykker til vilkårene sine, og laboratoriet blir hennes fengsel.
På åstedet for togulykken finner Kern en kropp egnet for Briquet og kidnappet ham. Engraftment er vellykket. Snart får Briquet lov til å snakke. Hun prøver å synge, og en viss underlighet blir avslørt: i store bokstaver er Brikets stemme ganske skvisende og ikke veldig hyggelig, og i små bokstaver har hun utmerket brystkontroll. Marie skanner avisene for å se hvem som eide denne unge, grasiøse kroppen som Briquet nå arvet. Hun fikk øye på en lapp om at liket av den berømte italienske artisten Angelica Gai, som fulgte toget som krasjet, forsvant sporløst. Brika får lov til å stå, hun begynner å gå, noen ganger merkes en fantastisk nåde i bevegelsene sine. Briquet kjemper med Kern: hun vil reise hjem og dukke opp foran vennene sine i en ny drakta, men kirurgen har ikke tenkt å la henne gå fra laboratoriet. Forstår dette, løper Briquet etter å ha gått ned fra andre etasje langs de bundne arkene. Hun røper ikke for vennene sine hemmelighetene ved hennes retur. Briquet drar sammen med venninnen Redhaired Martha og ektemannen Jean (trygg cracker) sammen for å gjemme seg for en mulig politisk trakassering. Jean er ikke mindre interessert i dette enn Briquet.
De befinner seg på en av strendene i Middelhavet, der de tilfeldigvis møter Arman Lara, kunstneren, og Arthur Dowell, sønn av en professor. Arman Lara kan ikke glemme Angelica Guy, han var "ikke bare en fan av sangerens talent, men også hennes venn, hennes ridder." Lara med et skarpt blikk på artisten får likheten til en ukjent ung kvinne med en savnet sanger: Skikkelsen hennes "ser ut som to dråper vann på figuren til Angelica Gai." Hun har den samme føflekken på skulderen som Angelica, de samme bevegelsene, Arman Lara og Arthur Dowell bestemmer seg for å finne ut hemmeligheten. Lara inviterer den fremmede og vennene hennes til å ta en båttur og dit, alene med Briquet, får henne til å fortelle sin historie. Uten noen skjulelse svarer hun spørsmålene først til Lara, deretter til Arthur Dowell. Når Briquet nevner et tredje hode på laboratoriet, innser Arthur hvem han snakker om. Han viser Briquet et fotografi av faren sin, og hun bekrefter hans krangel. Venner tar Briquet til Paris for å finne hodet til Professor Dowell med hennes hjelp. Arman Lara er i en viss forvirring: han føler sympati - og kanskje noe mer - for Brika, men kan ikke forstå hva som tiltrekker ham, kroppen til Angelica eller personligheten til Briquet selv. Briquet føler at noe helt nytt har kommet inn i livet hennes til den syngende jenta fra baren.
Miraklet med "reinkarnasjon" blir utført - den rene kroppen til Angelica Guy forynger ikke bare hodet til Briquet, det forandrer måten hun tenker. Men det lille såret som var på foten til Angelica gjør seg plutselig kjent: Smertene av Briquet starter, benet hennes blir rødt og hovent. Lara og Dowell ønsker å vise Briquet for legene, men hun tar imot dette, i frykt for at hele historien hennes vil bli offentliggjort. Når han bare stoler på Kern, går Briquet i hemmelighet til laboratoriet hans. I mellomtiden oppdager Dowell, på jakt etter Marie Laurent, at jenta ble fengslet på et sykehus for psykisk syke.
Mens venner knapt løslater Marie, prøver Kern uten hell å redde Briques ben. Til slutt blir han tvunget til å skille hodet av Briquet igjen fra overkroppen. Kern, som er klar over at det er umulig å skjule eksperimentene hans i fremtiden, viser publikum det levende hodet til Briquet (Toms hode dør av denne tiden). Under denne demonstrasjonen blottlegger Marie Laurent, blazende av sinne og hat, Kern som en morder og en tyv, og approprierer andres verk. For å skjule sporene etter forbrytelsen, endrer Kern ved hjelp av parafininjeksjoner utseendet på hodet til professor Dowell. Arthur Dowell, etter å ha dukket opp for politimesteren, ber om å søke i Kern. Selv er han sammen med Marie Laurent og Arman Lara til stede samtidig. De ser de siste minuttene av hodet til professor Dowell. Politiet skal avhøre Kern. Kern leder til kontoret sitt, og snart kommer et skudd derfra.