Tokyo est une plaque tournante des entreprises de technologie de l’information dans un monde futur, où la biotechnologie est considérablement avancée. L’accès au cryptage des données est essentiel pour protéger les précieuses données d’entreprise et financières contre le crime organisé. Une organisation quasi-gouvernementale, connue sous le nom de Système, contrôle l’accès aux technologies et méthodes de cryptage légales. Les agents du système connus sous le nom de Calcutecs servent de dispositifs de cryptage vivants, utilisant des bio-algorithmes cachés dans leurs circuits neuronaux subconscients pour crypter les données en toute sécurité. Un réseau du crime organisé connu sous le nom de Factory s’oppose au système à chaque étape. Un homme a développé la prochaine étape de la technologie de cryptage et a fait des progrès dans les laboratoires de développement du système, mais seulement à un coût élevé. La plupart des agents mentalement modifiés pour effectuer le nouveau processus meurent en quelques mois; un seul a survécu. Plongé dans un dilemme moral, le scientifique quitte le Système mais poursuit ses objectifs de recherche de manière indépendante. Il implique subrepticement le seul Calcutec survivant dans ses enquêtes scientifiques et, par une erreur de calcul dans sa capacité à contrôler ses expériences, se rend compte qu’il a envoyé l’homme à la mort.
La structure narrative du roman est atypique car elle présente deux fils narratifs distincts qui alternent entre chapitres pairs et impairs. En fait, le roman peut être lu comme deux romans indépendants. Tout d’abord, il y a le Hard-Boiled Wonderland, englobant les chapitres impairs. Ensuite, il y a La fin du monde, englobant les chapitres pairs. Hard-Boiled Wonderland, situé dans un environnement urbain granuleux, raconte l’histoire d’un narrateur anonyme alors qu’il réalise lentement son implication involontaire dans des expériences de biotechnologie sur son propre esprit et sa propre conscience. Il rencontre plusieurs personnages au cours du roman et apprend qu’il a fait l’objet d’une expérimentation secrète qui entraînera finalement la mort de sa conscience et de son corps physique. Il est exceptionnellement muet dans sa réponse. Plutôt que d’essayer d’éviter sa disparition imminente, il cherche à profiter d’une dernière journée d’activités satisfaisantes.
La fin du monde se déroule au contraire dans un autre monde rêveur où les habitants accomplissent des tâches subalternes sans ambition et exécutent la routine de leur vie presque médiévale avec une exactitude dépourvue d’émotion. Le récit se concentre sur les expériences d’un homme, un Dreamreader, confus et hors de propos, alors qu’il entre dans une ville fermée appelée End of the World. En entrant dans la ville, l’ombre du Dreamreader est physiquement coupée de lui et mène ensuite une existence distincte en tant que personnage indépendant. Le Dreamreader explore la ville dans les moindres détails, rencontre ses habitants et tente de développer des relations avec eux. Il apprend finalement, cependant, qu’ils sont fondamentalement des automates stupides, qui sont incapables de ressentir des émotions ou de développer des liens d’amitié profonds. Pendant ce temps, son ombre a élaboré un plan d’évasion. À la fin du deuxième fil narratif, le Dreamreader aide son ombre à s’échapper mais choisit de rester derrière et de poursuivre son étrange existence dans la ville.
En réalité, le deuxième récit est un état de conscience altéré qui se développe progressivement du protagoniste du premier récit. La ville est la réalité mentale alternative éditée et programmée créée par le scientifique du Système et implantée dans l’esprit du narrateur. La fusion progressive de sa conscience avec cette conscience altérée entraîne la détérioration mentale du narrateur et, finalement, sa mort.