Детский страх молодого человека — боязнь Песочного человека — оживает, вторгается во взрослую жизнь юноши и губит его.
Натаниэль пишет другу, брату своей невесты, Лотару. В письме молодой человек рассказывает о своём детском страхе перед Песочным человеком, приходящем за детьми, которые не хотят идти спать.
В детстве Натаниель и его сёстры по вечерам собирались в гостиной, а отец рассказывал им интересные истории. В девять вечера мама говорила, что скоро придёт Песочный человек, спешно уводила детей спать, и вскоре на лестнице раздавались медленные, тяжёлые шаги. Натаниель был уверен, что к отцу приходит страшный Песочный человек, хотя мать и отрицала это.
Старая няня Натаниэля рассказала, что Песочный человек забирает у детей глаза и скармливает их своим детям с совиными клювами, которые живут в свитом на Луне гнезде. После этого рассказа Натаниэля начали мучить кошмары.
Так продолжалось много лет, а я всё не мог свыкнуться с этим зловещим призраком, и образ страшного песочного человека не бледнел в моём воображении.
Однажды Натаниэль решил увидеть Песочника и после девяти вечера спрятался в комнате отца. Песочником оказался адвокат Коппелиус, который частенько у них обедал. Он был на редкость противным человеком, дети, и их мама боялись и ненавидели его, а отец относился к Коппелиусу с большим почтением.
Натаниэль оцепенел от страха, а адвокат и отец открыли дверцы стенного шкафа, за которыми оказался глубокий альков с небольшой жаровней, развели огонь и принялись что-то ковать. Глухим голосом Коппелиус велел подать ему глаза, и Натаниэль, охваченный ужасом, вывалился из своего укрытия.
Адвокат схватил мальчика, намереваясь использовать его глаза в своих опытах, но отец умолил его пощадить сына. Тогда Коппелиус принялся вертеть и сгибать руки и ноги ребёнка, желая изучить их механизм. Натаниэль потерял сознание и много недель пролежал в горячке.
Копеллиус исчез из города, но год спустя вновь появился в доме Натаниэля и принялся за алхимические опыты. Глубокой ночью прогремел взрыв, отец погиб, а Коппелиуса начала разыскивать полиция, и он исчез.
Незадолго до написания письма, уже будучи студентом, Натаниэль снова увидел Песочника — он явился к нему под личиной продавца барометров, пьемонтского механика Джузеппе Копполы, но был очень похож на Коппелиуса. Юноша решил встретиться с ним и отомстить за смерть отца.
Клара случайно читает письмо, адресованное её брату Лотару, и пытается доказать своему жениху Натанаэлю, что всё это лишь фантазия, принимаемая им за реальность.
Если существует тёмная сила, так враждебно и коварно налагающая на нашу душу нити, которыми она потом нас полностью опутывает, ‹…› то она должна заключаться в нас самих.
В ответном письме Натаниэль посмеивается над здравомыслием своей невесты и просит друга более не давать ей читать свои письма. Теперь Натаниэль уверен: Джузеппе Коппола вовсе не адвокат Коппелиус. В этом его убедил профессор физики Спаланцани, лекции которого юноша начал посещать. Учёный знает Копполу много лет и уверен, что тот коренной пьемонтец. Упоминает Натаниэль и о загадочной дочери профессора, Олимпии, невероятно красивой девушке, которую Спаланцани скрывает от чужих глаз.
Эти письма попадают в руки рассказчика. Основываясь на них, он описывает дальнейшую судьбу Натаниэля. Рассказчик сообщает, что после гибели отца мать Натаниэля взяла в дом осиротевших детей дальнего родственника — Лотара и Клару. Вскоре Лотар стал лучшим другом юноши, а Клара его возлюбленной и невестой. После обручения Натаниэль уехал учиться в другой город, откуда и писал свои письма.
После последнего письма Натаниэль прервал свои занятия науками и приехал к невесте. Клара обнаружила, что её возлюбленный сильно изменился — стал мрачным, задумчивым, полным мистических предчувствий.
Всякий человек, считающий себя свободным, на самом деле служит страшной игре тёмных сил, и бесполезно с этим бороться, лучше смиренно покориться воле судьбы.
Натаниэль начал писать странные стихи, которые раздражали и сердили здравомыслящую и умную Клару. Юноша начал считать невесту холодной и бесчувственной, неспособной понять его поэтическую натуру.
Однажды Натаниэль написал особенно жуткое стихотворение. Оно испугало Клару, и девушка попросила сжечь его. Обиженный юноша довёл невесту до слёз, за что Лотар вызвал его на дуэль. Клара узнала об этом и поспешила на место поединка, где и произошло полное примирение.
К учёбе Натаниэль вернулся почти прежним. Приехав, он с удивлением обнаружил, что дом, где он снимал квартиру, сгорел. Друзья сумели спасти его вещи и сняли для него помещение напротив квартиры профессора Спаланцани. Натаниэлю была видна комната Олимпии — девушка часами сидела неподвижно, гладя перед собой.
Однажды вечером к Натаниэлю вновь явился Коппола и, гадко посмеиваясь, продал ему подзорную трубу с удивительно хорошими линзами. Юноша лучше рассмотрел Оливию и поразился её совершенству. Целые дни он смотрел на Оливию, пока Спаланцани не велел занавесить окна в комнате дочери.
Вскоре Спаланцани устроил большой бал, на котором Натаниэль познакомился с Оливией и влюбился в девушку до беспамятства, забыв о своей невесте. Он не замечал, что Оливия почти не говорит, руки её холодны, а движения как у механической куклы, хотя на остальных студентов девушка произвела отталкивающее впечатление. Напрасно Зигмунд, лучший друг Натаниэля, пытался образумить его — юноша ничего не хотел слушать.
После бала профессор разрешил Натаниэлю навещать Оливию.
Никогда ещё не было у него такой благодарной слушательницы. Она ‹…› сидела не шелохнувшись, устремив неподвижный взор в глаза возлюбленного, и взор этот становился всё пламенней и живее.
Юноша шёл делать Оливии предложение, когда услышал шум в кабинете Спаланцани и обнаружил там профессора и ужасного Коппелиуса. Они ссорились и вырывали друг у друга неподвижную женскую фигуру. Это была лишённая глаз Оливия.
Выяснилось, что Олимпия на самом деле не человек, а автомат, изобретённый профессором и адвокатом. Коппелиус вырвал у профессора куклу и сбежал, а Спаланцани заявил, что глаза Оливии были похищены у Натаниэля. Безумие овладело юношей, и он попал в сумасшедший дом.
Из-за начавшегося скандала Спаланцини покинул университет. Натаниэль выздоровел и вернулся к Кларе. Вскоре семья Натаниэля получила хорошее наследство, и влюблённые решили сыграть свадьбу.
Прогуливаясь однажды по городу, Натаниель и Клара решили подняться на высокую башню ратуши. Осматривая сверху окрестности, Клара указала жениху на что-то мелкое, тот вынул подзорную трубу Копполы, взглянул в неё, и его снова охватило безумие.
Вдруг огненные потоки полились из его блуждающих глаз, он взвыл, как затравленный зверь, высоко подпрыгнул и, страшно захохотав, закричал пронзительным голосом.
Натаниэль попытался сбросить Клару вниз, но та успела схватиться за перила. Лотар, ожидающий возле ратуши, услышал крики, бросился на помощь и успел спасти сестру. На площади тем временем собралась толпа, в которой безумный Натаниэль заметил Коппелиуса, только что вернувшегося в город. Дико закричав, юноша прыгнул вниз и размозжил голову о мостовую, а адвокат снова исчез.
Клара переехала в отдалённую местность, вышла замуж, родила двух сыновей и обрела семейное счастье, «которого никогда не смог бы дать ей Натанаэль с его вечным душевным разладом».
