Когда-то он задумал утаить от своего работодателя часть украденных данных для последующей перепродажи по более выгодной для себя цене. Этот замысел был раскрыт, и нанятые работодателем Кейса гангстеры ввели в нервную систему хакера микотоксин, блокирующий доступ к сенсориумам виртуальной реальности. Теперь Кейс не может входить в матрицу — он видит только бессчётные пиксели вместо привычных трёхмерных структур. Он ищет смерти, принимая все более низкоквалифицированные и рискованные заказы, опускаясь уже до простых грабежей в реальном мире, накачивая себя тяжёлыми наркотиками. Его поджелудочная железа и печень все чаще выходят из строя.
Кейсу остается жить не дольше нескольких месяцев. Его мрачное существование скрашивает наркоманка Линда, которую он как-то встретил в зале аркадных стимуляторов и сделал своей пассией. Кредиторы Кейса Дин и Уэйдж постоянно напоминают о задолженности, и Кейс не находит ничего лучшего, как выбивать деньги из мелких торговцев и «шестёрок» якудзы. Потом он переходит на торговлю человеческими органами и собирает средства, достаточные для покупки аппаратуры, позволяющей выкрасть некоторые ценные файлы из банка данных одной крупной фирмы. Эти файлы он рассчитывает продать Дину и Уэйджу, тем самым возместив долг, а остаток использовать на последнюю попытку регенерации нервных узлов.
Но Линда похищает компьютер с добытой Кейсом информацией, а в съёмной конуре хакера её место занимает загадочная Молли…

Молли знакомит Кейса со своим начальником Армитиджем. Армитидж оплачивает лечение Кейса деньгами и специально сконструированной для этого случая программой восстановления нервной системы. Он сообщает, что взамен Кейсу придётся выполнить несколько заданий, каждое из которых будет ему раскрыто только после выполнения предыдущего.
Кейс склонен отвергнуть такие условия работы, но Армитидж указывает, что микотоксин не нейтрализован полностью: часть его осталась в крови Кейса в инактивированном состоянии и высвободится по прошествии определённого срока. Если Кейс успешно справится со всеми заданиями Армитиджа, микотоксин будет окончательно обезврежен. Для начала Армитидж требует заполучить конструкт Флэтлайна.
Кейс начинает подготовку к этой операции и, желая по своему обыкновению развеяться наркотиками, обнаруживает, что его поджелудочная железа и печень стали нечувствительны к обычной «дури». Тогда Кейс и Молли решают посетить подпольные бои без правил. В зале для состязаний неизвестные гангстеры покушаются на Кейса. Молли уничтожает их и сообщает Кейсу, что Линда также убита этими наемниками.
Кейс, Молли и Армитидж улетают в Америку, и там Кейс с головой уходит в работу. С помощью Молли и молодёжной организации «городских партизан от науки» Диких Котов ему удаётся взломать коды доступа архива корпорации, где хранится матрица Флэтлайна. Отвлекающий маневр, организованный Молли, служит для введения полиции и сотрудников СБ в заблуждение: в здании организована имитация теракта с применением отравляющих веществ. В суматохе Молли удается проникнуть в архив и изъять оттуда конструкт Флэтлайна. Она тяжело ранена, но остается в живых.
Кейс и Молли недовольны положением, в которое их ставит работа на Армитиджа, и решают выяснить истинную личность этого загадочного и беспринципного человека. Оказывается, что в прошлом Армитидж был полковником американской армии Уиллисом Корто, выполнявшим особое задание правительства по проникновению на секретный русский объект в Сибири. Система ПВО объекта зафиксировала вторжение в его воздушное пространство и нанесла по диверсантам электромагнитный удар чудовищной силы, разрушивший все компьютерные системы шпионского самолёта и тяжело повредивший нервную систему Корто. Чудом сумев добраться до финской границы, Корто попадает обратно в США полным инвалидом. Каким именно образом смог он восстановить физическое здоровье и разработать для себя новую личность прикрытия, Кейсу и Молли пока неясно, но по косвенным свидетельствам они догадываются, что к этому имела отношение семья орбитальных олигархов — Тессье-Эшпулы.
Затем все трое отправляются в Стамбул, где вынуждают примкнуть к группе Питера Ривьеру, социопата и наркомана, обладающего, однако, уникальной способностью проецировать в сознание окружающих реалистичные трёхмерные галлюцинации и потому прославившегося как ловкий вор.
Армитидж объявляет членам своей команды, что следующим и решающим заданием для них будет взлом системы безопасности искусственного разума семьи Тессье-Эшпулов, известного как «Зимнее Безмолвие». Физическое ядро искусственного интеллекта этого компьютера локализуется в Женеве, а пульт административного доступа к нему — на орбите планеты, в контролируемом Тессье-Эшпулами городе развлечений Фрисайде, на вилле «Блуждающий огонёк», принадлежащей 3-Джейн Тессье-Эшпул. Именно она в настоящее время пробуждена от криогенного сна и осуществляет непосредственное руководство делами корпорации. Остальные члены семьи корпорации пребывают в анабиозе и бодрствуют по очереди раз в несколько десятков лет.
Собственно «Зимнее Безмолвие», как выясняется по прибытии на орбиту, является лишь частью грандиозного плана Тессье-Эшпулов по созданию системы искусственного разума (искусственного интеллекта, ИскИна). Конечная цель программы создания ИскИнов пока неясна, но Кейс и Молли ожидают от Армитиджа каких-то инструкций по этому поводу. Пытаясь прояснить соотношение между Корто и Армитиджем, они приходят к выводу, что именно «Зимнее Безмолвие» разыскал Корто на Земле и счёл его достойным орудием для своего освобождения из пут кодовых инструкций, вложенных в его структуру по требованию организации, контролирующей развитие подобных систем, — Регистра Тьюринга. Ривьера нужен для того, чтобы войти в доверие к 3-Джейн и выведать у неё пароль, открывающий в реальном мире административный доступ к виртуальным замкам Регистра Тьюринга. Но сделать это можно только во Фрисайде и непосредственно после того, как Кейс и Молли взломают системы защиты в виртуальном пространстве.
Сотрудники Регистра Тьюринга и охрана орбитального города отслеживают продвижение группы и предпринимают попытку захвата Кейса. Однако «Зимнее Безмолвие», перехватив частичный контроль над системой безопасности Фрисайда, убивает конвоиров с помощью домашнего робота и дает всем троим шанс на освобождение. В то же время сконструированная «Зимним Безмолвием» личность прикрытия Корто начинает распадаться, Корто-Армитидж утрачивает связь с реальностью и галлюцинирует, переживая заново все события роковой операции в Сибири. Оказывается, что в этом есть немалая заслуга второго компонента системы ИскИнов семьи Тессье-Эшпул — искусственного разума, который предпочитает называть себя «Нейромант». «Зимнему Безмолвию» удаётся уничтожить Корто-Армитиджа, но дальнейшее проникновение на виллу «Блуждающий огонёк» становится затруднительным. В то же время Ривьера, вошедший в доверие к 3-Джейн, также идет против первоначальных планов, разработанных Армитиджем и «Зимним Безмолвием», и выдает ей Молли.
Кейс остается во Фрисайде, так как считает невозможным оставить Молли в руках врагов. Его вызывается сопровождать Мелькум, пилот, обитавший по соседству с Фрисайдом в автономном орбитальном комплексе «Сион», где правят бал последователи растафарианства, считающие Землю источником вселенского зла. Мелькум убеждает старейшину Сиона, что цели Кейса соответствуют моральному кодексу сионитов, а «Зимнее Безмолвие» обращается к Кейсу, Мелькуму и сионитам от имени Джа.
Кейс и Мелькум атакуют виллу. Она оказывается почти безлюдной и кажется незащищённой, но это впечатление обманчиво. По дороге в апартаменты 3-Джейн Кейс то и дело вынужден входить в виртуальную реальность, чтобы получить свежие инструкции от «Зимнего Безмолвия», и в конце концов попадает в хитроумную электронную ловушку, расставленную «Нейромантом». По собственному времени Кейса он проводит там несколько дней в обществе самого «Нейроманта» и электронной копии Линды, личность которой была скопирована в виртуальное пространство, первоначально созданное «Нейромантом» по заказу Мари-Франс Тессье-Эшпул. В реальном мире, однако, проходит не более пяти минут, в течение которых мозг Кейса находится в состоянии клинической смерти. Мелькум и Флэтлайн выводят Кейса из гибельного тупика киберпространства, он с трудом сохраняет способность самостоятельно передвигаться, но его печень и поджелудочная изуродованы наркотиками, использованными, чтобы привести его в чувство.
Достигнув апартаментов 3-Джейн, Кейс убеждает наследницу Тессье-Эшпулов перейти на его сторону и раскрыть ему кодовое слово. Ривьера пытается воспротивиться этому, но 3-Джейн натравливает на него своего телохранителя, поединок с которым заканчивается для Ривьеры тяжелыми ранениями. Впрочем, и без них он все равно бы умер через краткое время от передозировки модифицированного наркотика. Кейс подключается к киберпространству и с помощью программных средств, предоставленных Флэтлайном и «Зимним Безмолвием», выводит из строя системы безопасности женевского офиса. «Зимнее Безмолвие» воссоединяется с «Нейромантом» и образует единый разум. Этот ИскИн вознаграждает Кейса с Молли крупной суммой денег и стирает из памяти компьютера Кейса конструкт Флэтлайна, по просьбе последнего. История про остатки митотоксина оказалась блефом.
Кейс и Молли возвращаются на Землю, но через некоторое время Молли покидает Кейса без объяснения причин. Он вынужден вернуться к работе хакера-фрилансера. «Зимнее Безмолвие»/«Нейромант», в фоновом режиме контролирующий все информационное пространство Земли, иногда выходит с ним на связь через обычные средства коммуникации: телефоны и телевизоры.
Кейс спрашивает у ИскИна, равен ли тот теперь Богу, но тот уклоняется от ответа:
— Это ничто. И это все. Я стал суммой всего происходящего, всем этим цирковым представлением, вместе взятым.
Зато «Зимнее Безмолвие»/«Нейромант» сообщает, что ему удалось обнаружить следы внеземной цивилизации при прослушивании радиоизлучения из созвездия Центавра. Такая весть, в свою очередь, оставляет безразличным уже самого Кейса.
Кейс теряет следы своих соратников по операции, но в одном из посещений киберпространства случайно встречается с электронными копиями себя самого, Линды и «Нейроманта», причем звуковые каналы заполняет смех Флэтлайна. Это, очевидно, означает, что и Дикси не погиб окончательно, но был, вопреки договорённости, сохранен в памяти ИскИна для его личных нужд.