Marie Laurent, een jonge dokter, krijgt een aanbod om te gaan werken in het laboratorium van professor Kern. Het kantoor waar Kern haar accepteert, maakt een zeer sombere indruk. Maar een bezoek aan het laboratorium blijkt veel somberder: daar ziet Marie een menselijk hoofd gescheiden van het lichaam. De kop is gemonteerd op een vierkante glazen plaat, buizen gaan van daaruit naar verschillende cilinders en cilinders. Het hoofd doet opvallend denken aan Marie, de onlangs overleden professor Dowell, een beroemde wetenschapper en chirurg. Dit is echt zijn hoofd. Volgens Kern was hij in staat om alleen het hoofd van Dowell, die aan een ongeneeslijke ziekte leed, 'op te wekken'. ('Ik zou liever de dood verkiezen dan zo'n opstanding', antwoordt Marie Laurent hierop.)
Marie gaat werken in het Kern-laboratorium. Haar verantwoordelijkheden omvatten het bewaken van de toestand van het hoofd, die 'hoort, begrijpt en kan reageren met gezichtsuitdrukkingen'. Bovendien brengt Marie elke dag veel medische tijdschriften naar haar hoofd, en ze 'bladeren' ze samen. Er ontstaat een schijn van communicatie tussen het hoofd van Marie en Marie, en op een dag vraagt het hoofd van professor Dowell het meisje om de kraan op de pijp die naar zijn keel leidt uit te zetten (Kern verbood Marie strikt de kraan aan te raken, en zei dat dit zou leiden tot de onmiddellijke dood van haar hoofd). Het hoofd weet Marie uit te leggen: dit zal niet gebeuren. Het meisje aarzelt, maar uiteindelijk beantwoordt hij het verzoek en hoort een sissend geluid en een zwakke gebarsten stem - het hoofd kan spreken! In geheime gesprekken ontdekken Marie Laurent en het hoofd van de professor de monsterlijke details van de opwekking.
Kern was assistent-professor. Hij is een getalenteerde chirurg. Tijdens hun samenwerking met professor Dowell deed zich een astma-aanval voor en bij het ontwaken zag hij dat hij zijn lichaam was kwijtgeraakt. Kern moest het brein van de professor actief houden om zijn onderzoek voort te zetten. Dowell weigerde met hem samen te werken, hoewel Kern hem dwong om de meest meedogenloze methoden te gebruiken (een elektrische stroom door het hoofd van de professor sturen, irriterende stoffen mengen met voedingsoplossingen). Maar toen Kern, die experimenten voor zijn hoofd uitvoerde, verschillende fouten maakte die de resultaten van hun inspanningen zouden kunnen verpesten, kon professor Dowell het niet uitstaan en stemde hij ermee in door te werken.
Met de hulp van Dowell brengt Kern nog twee hoofden weer tot leven, mannelijk en vrouwelijk (Tomas Bush, een werknemer die in een auto is gepakt, en Briquet, een klein meisje uit een bar die een kogel ontving die niet voor haar bestemd was). De operatie is succesvol, maar de hoofden van Tom en Briquet, in tegenstelling tot Dowell, die niet gewend zijn aan intellectuele activiteit, kwijnen weg zonder lichaam. Marie Laurent voegt meer werk toe. Ze houdt niet alleen de status van alle drie de doelen in de gaten, maar laat ook films van Tom en Briquet zien, inclusief muziek voor hen. Maar alles herinnert hen aan hun vorige leven en maakt ze alleen maar van streek. Persistent Brika weet Kern over te halen om te proberen haar een nieuw lichaam te naaien. Ondertussen leert Kern over Marie's gesprekken met het hoofd van professor Dowell. Het meisje is klaar om hem te ontmaskeren en de hele wereld zijn vreselijke geheim te vertellen, en Kern verbiedt Marie om naar huis terug te keren. Marie probeert te protesteren. Kern draait voor haar ogen een van de kranen dicht, waardoor Dowell geen lucht meer heeft. Marie gaat akkoord met zijn voorwaarden en het laboratorium wordt haar gevangenis.
Op de plaats van het treinongeval vindt Kern een lichaam dat geschikt is voor Briquet en ontvoert hem. Engraftment is succesvol. Binnenkort mag Briquet spreken. Ze probeert te zingen, en een bepaalde eigenaardigheid wordt onthuld: in het hoofdlettergebruik is de stem van Briquet nogal piepend en niet erg aangenaam, en in het kleine geval heeft ze een uitstekende borstkas. Marie bladert door de kranten om te zien wie dit jonge, sierlijke lichaam bezat dat Briquet nu erfde. Ze zag een opmerking dat het lijk van de beroemde Italiaanse kunstenaar Angelica Gai, die de trein volgde die crashte, spoorloos verdween. Brika mag gaan staan, ze begint te lopen, soms is in haar gebaren een verbazingwekkende gratie merkbaar. Briquet vecht met Kern: ze wil naar huis terugkeren en in een nieuw jasje voor haar vrienden verschijnen, maar de chirurg is niet van plan haar uit het laboratorium te laten gaan. Zich hiervan realiserend rent Briquet naar beneden, vanaf de tweede verdieping langs de gebonden lakens. Ze onthult de geheimen van haar terugkeer niet aan haar vrienden. Briquet, samen met haar vriend Redhaired Martha en haar man Jean (veilige cracker) vertrekken samen om zich te verbergen voor een mogelijke intimidatie door de politie. Jean is hierin niet minder geïnteresseerd dan Briquet.
Ze bevinden zich op een van de stranden van de Middellandse Zee, waar ze per ongeluk Arman Lara, de kunstenaar, en Arthur Dowell, de zoon van een professor, ontmoeten. Arman Lara mag Angelica Guy niet vergeten, hij was "niet alleen een fan van het talent van de zanger, maar ook haar vriend, haar ridder." Lara scherpe ogen van de kunstenaar vangt de gelijkenis op van een onbekende jonge vrouw met een vermiste zangeres: haar figuur "ziet eruit als twee druppels water op de figuur van Angelica Gai." Ze heeft dezelfde moedervlek op haar schouder als Angelica, dezelfde gebaren, Arman Lara en Arthur Dowell besluiten het geheim te achterhalen. Lara nodigt de vreemdeling en haar vrienden uit om een boottocht te maken en daar, alleen achtergelaten met Briquet, laat ze haar verhaal vertellen. Zonder enige verborgenheid beantwoordt ze de vragen eerst aan Lara en vervolgens aan Arthur Dowell. Wanneer Briquet een derde hoofd in het laboratorium noemt, realiseert Arthur zich over wie hij het heeft. Hij laat Briquet een foto van zijn vader zien en zij bevestigt zijn voorgevoel. Vrienden nemen Briquet mee naar Parijs om met haar hulp het hoofd van professor Dowell te vinden. Arman Lara is in verwarring: hij voelt sympathie - en misschien iets meer - voor Brika, maar kan niet begrijpen wat hem aantrekt, het lichaam van Angelica of de persoonlijkheid van Briquet zelf. Briquet voelt dat er iets compleet nieuws in haar leven is gekomen van het zingende meisje uit de bar.
Het wonder van 'reïncarnatie' wordt uitgevoerd - het pure lichaam van Angelica Guy verjongt niet alleen het hoofd van Briquet, het verandert ook de manier waarop ze denkt. Maar de kleine wond die op Angelica's voet zat, voelt plotseling: de pijn van Briquet begint, haar been wordt rood en opgezwollen. Lara en Dowell willen Briquet aan de dokters laten zien, maar ze maakt hier bezwaar tegen, uit angst dat haar hele verhaal openbaar zal worden gemaakt. Briquet vertrouwt alleen op Kern en gaat in het geheim naar zijn laboratorium. Ondertussen ontdekt Dowell, op zoek naar Marie Laurent, dat het meisje in het ziekenhuis is opgesloten voor geesteszieken.
Terwijl vrienden Marie amper vrijlaten, probeert Kern zonder succes Briquet's been te redden. Uiteindelijk wordt hij gedwongen het hoofd van Briquet weer van de romp te scheiden. Kern realiseert zich dat het onmogelijk is om zijn experimenten in de toekomst te verbergen en toont het publiek het levende hoofd van Briquet (Tom's hoofd sterft tegen die tijd). Tijdens deze demonstratie stelt Marie Laurent, brandend van woede en haat, Kern bloot als een moordenaar en een dief en eigent zich de werken van anderen toe. Om de sporen van de misdaad te verbergen, verandert Kern met behulp van paraffine-injecties het uiterlijk van het hoofd van professor Dowell. Arthur Dowell, die aan de politiechef is verschenen, vraagt of hij Kern wil doorzoeken. Hijzelf, samen met Marie Laurent en Arman Lara, is tegelijkertijd aanwezig. Ze zien de laatste minuten van het hoofd van professor Dowell. De politie gaat Kern ondervragen. Kern gaat naar zijn kantoor en al snel komt daar een schot vandaan.