En Angleterre, dans un futur pas forcément éloigné mais à l'ambiance très futuriste (décors, mobiliers), Alex DeLarge, jeune délinquant passionné par la musique de Beethoven (« Ludwig van ») est obsédé par le sexe et adepte de la violence (ultraviolence dans son propre jargon). Alex et sa bande, les droogs ou droogies, s'expriment dans un argot anglo-russe auquel l'auteur du roman, Anthony Burgess, a donné le nom de Nadsat, le mot droog faisant ainsi référence au mot « ami » en russe. Leur boisson préférée est le Moloko+ (lait en russe), un lait « dopé » (speed, crack et mescaline synthétique). Ils errent dans la ville en enchaînant passages à tabac, viols et affrontements avec bandes ennemies. Un jour, un cambriolage dégénère en meurtre et, trahi par ses « fidèles droogs », Alex est arrêté par la police et condamné à 14 ans de réclusion criminelle. Deux ans plus tard, pour sortir de prison, il se porte volontaire pour tester une thérapie révolutionnaire, financée par le gouvernement dans le cadre d'un programme expérimental d'éradication de la délinquance. Le traitement est basé sur un principe semblable à celui des réflexes de Pavlov, consistant en un conditionnement classique. Il s'agit d'amener Alex à associer certains stimuli (des scènes de violence ou de sexe projetées sur un écran qu'il est forcé de regarder) aux douleurs provoquées par les drogues qu'on lui administre au cours de ce traitement. Lors d'une des séances est projetée une série de scènes de l'Allemagne nazie dont la bande-son est la Symphonie n° 9 de Beethoven, ce qui va paradoxalement transformer son admiration pour ce chef d'oeuvre en une profonde aversion, montrant l'évidente efficacité du traitement. Après sa remise en liberté, il apparait totalement inadapté et sans défense face au reste de la société. En effet, par un concours de circonstances, il rencontre successivement un vagabond qu'il avait auparavant passé à tabac, puis deux de ses anciens droogies, reconvertis en policiers depuis son arrestation, qui vont tous profiter de son impuissance pour le violenter. À bout de force, il se réfugie chez un homme, qui s'avère encore être une de ses anciennes victimes. Celui-ci, désireux d'affaiblir le gouvernement en place en dénonçant ses procédés totalitaires, décide de « faire d'une pierre deux coups » en utilisant la sensibilité d'Alex à la Neuvième Symphonie pour le pousser au suicide : de cette manière, il compte venger l'agression qu'il avait subie tout en faisant ensuite attribuer cet acte à la cure critiquée. Mais la tentative de suicide échoue et Alex est finalement sauvé et pris en charge par le ministre de l'Intérieur. Celui-ci décide d'instrumentaliser les penchants d'Alex pour en tirer profit.