Sophie est une fille qui approche de ses 15 ans. Elle rencontre d’abord d’étranges questions philosophiques, puis le premier chapitre d’un cours de philosophie écrit dans sa boîte aux lettres. Sophie commence à se renseigner sur les débuts historiques de la philosophie. En parallèle, Sophie est curieuse de savoir qui lui donne ce cours. Sophie commence également à recevoir des cartes postales adressées à Hilde, une fille qui approche également de son 15e anniversaire, du père de Hilde, Albert Knag, un major norvégien de la Force des Nations Unies au Liban.
Sophie reçoit une formation approfondie en philosophie grecque et hellénistique, mais les choses commencent à devenir étranges. La bande vidéo que Sophie reçoit non seulement montre le philosophe Alberto Knox à Athènes, sur l’Acropole, mais aussi quelqu’un sur l’Acropole brandit une banderole sur laquelle on peut lire « Hilde ». Il y a en fait une apparition de quelqu’un prétendant être Platon lui-même. A cette époque, Sophie est présentée à son professeur de philosophie, Alberto Knox.
Plus tard, Sophie suit le chien du professeur de philosophie jusqu’à sa cabane et voit un miroir, où une fille lui fait un clin d’œil. Peu de temps après, Sophie reçoit un appel téléphonique d’Alberto pour le rencontrer dans une église pour un cours sur le Moyen Âge. Ils doivent intensifier les cours, car le père d’Hilde, le major, va bientôt rentrer à la maison, apprend-on à Sophie. Il devient de plus en plus clair que le Major possède des pouvoirs surnaturels sur Sophie et son monde. Finalement, après un cours sur le philosophe britannique George Berkeley, il devient clair qu’Alberto, Sophie et tous les autres personnages de l’histoire sont les personnages d’un livre composé dans l’esprit du Major.
À ce stade, Sophie menace d’abandonner le cours, mais Alberto l’encourage à terminer le cours puis à échapper au Major. La philosophie de Berkeley, que Sophie vient d’étudier, assure à Sophie que les perceptions sensuelles n’existent que dans l’esprit de celui qui perçoit. Elle se réconforte en pensant que, tout comme elle et Alberto sont des personnages dans un livre de philosophie, le Major et Hilde eux-mêmes pourraient être aussi des personnages dans un livre. Du point de vue de Berkeley, on peut même affirmer que Sophie et Alberto sont tout aussi réels que le Major et Hilde. Ce jeu philosophique préfigure le moment de la fin du livre où les positions des personnages en termes de perception sont modifiées.
Le lecteur fait la connaissance d’Hilde, une jeune fille de l’âge de Sophie, avec la même date de naissance. Hilde s’implique totalement dans la lecture du livre de philosophie sur Sophie et Alberto. Hilde est ravie que son père ait écrit ce livre pour elle, mais elle devient agacée par la façon dont son père traite les personnages de Sophie et Alberto. En raison de choses telles que Hilde a perdu son crucifix et que Sophie l’a trouvé dans l’histoire, Hilde commence à croire que Sophie et Albert existent vraiment d’une manière ou d’une autre.
Il y a aussi une tension supplémentaire entre Sophie et sa mère. La mère de Sophie pense que Sophie a des problèmes avec un garçon ou un homme ou qu’elle devient folle. Cependant, Sophie calme la mère en lui disant que la mère rencontrera le philosophe lors de la fête qu’ils organisent le soir de la mi-été. Il s’agit d’une fête combinée pour le réveillon de la mi-été et pour le 15e anniversaire de Sophie qui a lieu une semaine plus tôt. Pendant ce temps, le cours de philosophie passe par Descartes, Hegel, Marx, Darwin et d’autres philosophes, par Jean Paul Sartre, l’existentialiste. La philosophie existentialiste pousse également Alberto et Sophie à créer leur propre sens.
La fête du réveillon du milieu de l’été est rebaptisée Garden Party philosophique, et les garçons, les filles, Alberto Knox le philosophe et d’autres sont invités. La fête dégénère rapidement en chaos existentialiste, mais pas avant de donner à Alberto et Sophie une chance d’échapper à l’attention du major et à son livre. Cependant, nous entendons encore dire qu’ils font désormais partie des personnes invisibles. Hilde est en colère contre les tours que son père a joués à Sophie et Alberto et lui joue ses propres tours alors qu’il rentre chez lui en Norvège. Finalement, le Major rentre chez sa fille, Hilde, tandis que Sophie et Alberto regardent, désormais invisibles pour eux. Avant, le Major était capable de les voir, mais maintenant il ne pouvait plus les voir, donc la position des perceptions sensuelles s’est inversée. La veille du solstice d’été, le major et Hilde ont une dernière discussion sur la nature de l’univers. De cette manière, le livre est un cours de philosophie et aussi une histoire d’intrigue et d’évolution de deux filles dans deux mondes différents.