Au xxiiie siècle, en l’an 2218 (dans la version française, en 2319 dans la version originale), deux cents ans après qu’un holocauste nucléaire a dévasté le monde, ce qu’il reste de la population a été confiné dans une Cité hermétique fermée par un dôme et isolé du monde extérieur. Pour les habitants de la Cité des Dômes, la vie est une succession de plaisirs et joies sans fin où chacun consacre sa vie au plaisir de drogues et du sexe dans toutes ses variations. Tous les besoins vitaux sont fournis par des automatismes et des robots. Comme la population ne cesse de croître, le Conseil des Anciens de la Cité des Dômes a mis en place un système de régulation : personne ne peut vivre au-delà de son 30e anniversaire, au cours duquel chacun doit tendre vers la renaissance par le mystique rituel flamboyant du Carrousel. Aussi, depuis de longues années, un cristal de vie a été implanté dans la paume de chaque enfant naissant dans la cité des Dômes. Ce minéral est une extension de l'ordinateur central appelé le Penseur et qui régit les phases de vie des humains. Au fil des ans, le cristal vire du jaune au bleu, puis au rouge. Lorsqu'il vibre de façon plus intense, le jour du Carrousel est venu. Les personnes doivent alors se présenter pour le rituel de la cérémonie. Si elles ne le font pas, le cristal devient noir et l'humain désobéissant est recherché, traqué et conduit de force à cette cérémonie. Mais il existe au sein de la Cité des Dômes des dissidents qui s'interrogent sur la vérité de cette résurrection, persuadés à juste titre que le Carrousel ne conduit qu'à la mort. Ces dissidents, tentent d'échapper au Carrousel, devenant des fugitifs pourchassés par les limiers, une police spéciale chargée d'abattre les rebelles. Logan 23 fait partie de cette police, mais contrairement à son collègue et meilleur ami, Francis 14, il s'interroge sur ce système et le Carrousel. Durant une traque de fugitifs, Logan 23 rencontre Jessica 6 qui appartient à une organisation secrète aidant les fugitifs. Elle lui apprend que dans la Cité des Dômes tout n'est que mensonge et qu'il est possible de vivre à l'extérieur dans un lieu appelé « le Sanctuaire », à l'écart de leur univers dogmatique, un havre de paix où hommes et femmes peuvent terminer librement leur vie en toute quiétude bien au-delà de l'âge de 30 ans. Convaincu par les aveux apportés, Logan 23 s'enfuit avec Jessica, trahissant ainsi la confiance de son coéquipier Francis 14. Après avoir fait la rencontre de l'androïde Rem, ils explorent ensemble le monde extérieur, en quête du sanctuaire, tout en devant perpétuellement déjouer la traque de Francis 14 et de ses limiers censés capturer les fugitifs pour les ramener à la Cité des Dômes, où Logan 23 doit être reprogrammé et Jessica 6 sacrifiée lors d’une cérémonie du Carrousel.