El narrador, un joven de 15 años llamado Alex, y su pandilla, Pete, Georgie y el Lerdo, están fuera de control en una ciudad futurista. Cuando el cuarteto no está consumiendo leche con drogas en el bar lácteo Korova y hablando en la jerga nadsat, influenciada por el idioma ruso, está robando, golpeando y violando habitantes de su ciudad.
Una noche, golpean a un anciano con libros de ciencias y a un vagabundo; se pelean con su pandilla rival, liderada por Billyboy; roban un automóvil y salen a pasear en él. En una casa con la palabra “HOGAR” en la entrada, golpean al autor de La naranja mecánica -un libro que celebra el libre albedrío humano y denuncia cualquier acción en su contra- y violan a su esposa. De vuelta en el bar Korova, Alex golpea al Lerdo por interrumpir a una mujer que canta una pieza de ópera: Alex es un gran amante de la música clásica, especialmente de Beethoven, y siempre se imagina a sí mismo participando en actos violentos y sexuales mientras la escucha.
Los padres de Alex son ineficaces, y su absurdo Asesor Postcorrectivo, P. R. Deltoid, no puede entender por qué la juventud se ha vuelto criminal. La noche siguiente, Alex se pelea con el Lerdo y Georgie para afirmar su liderazgo. La pandilla se propone robar la casa de una anciana rica. Después de un intento fallido de hacer que la mujer abra la puerta, Alex entra a escondidas en la casa mientras sus amigos esperan afuera. Se pelea con la mujer y sus gatos, pero pronto llega la policía. Sus amigos lo traicionan. El Lerdo lo golpea y lo ciega temporalmente, y luego escapa junto a los otros. Alex es arrestado. Los policías lo maltratan, eufóricos por haberlo atrapado. Alex pronto descubre que la mujer que golpeó ha muerto y es sentenciado a 14 años de prisión por homicidio.
Alex es identificado con el número “6655321". Pasa dos años en la cárcel estatal, lidiando con guardias brutales, prisioneros que intentan abusar de él y trabajos sin sentido. Allí se entera de que Georgie ha muerto. Su único partidario en prisión es el capellán, que lo ha tomado bajo su protección desde que Alex comenzó a interesarse por la Biblia -aunque no sabe las fantasías violentas que tiene cuando la lee-.
Alex le pregunta al capellán sobre un nuevo tratamiento, la técnica de Ludovico, que libera al prisionero y asegura que permanezca libre. El capellán es escéptico respecto al tratamiento, ya que elimina el poder de los sujetos de tomar decisiones. A causa de una pelea en su celda, Alex mata a un nuevo prisionero, y el poderoso Ministro del Interior le pide al director de la prisión que use a Alex como conejillo de indias para el susodicho tratamiento.
Alex hace caso omiso de las preocupaciones del capellán sobre el tratamiento y acepta someterse a la nueva técnica. Lo transfieren a un hospital, donde se le aplica una inyección después de cada abundante comida. El tratamiento, bajo la supervisión del doctor Brodsky, consiste en obligar al prisionero a mirar películas violentas. Lo atan a una silla y sujetan sus párpados de manera que no pueda evitar mirar la pantalla. Alex tiene una reacción física terrible al contenido violento, se siente enfermo y le ruega a los médicos que se detengan una y otra vez en las distintas sesiones. Sin embargo, los médicos tienen una veta sádica y continúan felizmente el tratamiento. Alex pronto descubre que no solo el ejercicio, sino también la idea de la violencia lo enferman. La música clásica, utilizada como banda sonora para algunas de las películas, también lo enferma, por asociación.
Después de dos semanas, el tratamiento concluye. Brodsky exhibe a Alex frente a una audiencia y lo expone a los malos tratos de un actor y a la seducción de una actriz para demostrar los efectos del tratamiento. El público observa que, ante cualquier instinto de violencia o apetito sexual, Alex se debilita, y el Ministro del Interior, entonces, lo declara curado.
Alex, ahora un hombre libre, se convierte también en una celebridad. Su caso es promocionado por el gobierno como un paso importante para detener el crimen desenfrenado. Él mismo descubre que su ciudad es un lugar con menos delincuentes ahora. Por otro lado, ya no es bienvenido en su casa, ya que un inquilino llamado Joe lo ha desplazado. Alex contempla el suicidio. El anciano con los libros de ciencias reconoce a Alex en la biblioteca y, junto a otras personas mayores, lo golpean, para vengar la vejación cometida por él tiempo atrás. Luego interviene la policía, que tiene ahora por oficiales al Lerdo y a Billyboy. Ellos lo llevan a un descampado fuera de la ciudad y lo golpean brutalmente. Lo dejan tirado ahí y se van. Alex busca refugio en una casa que tiene la palabra “HOGAR” en la entrada.
El hombre que vive allí, F. Alexander, conoce a Alex por los periódicos. Es un liberal y quiere usar a Alex para derrocar al gobierno totalitario. Menciona que su esposa fue violada y asesinada. Alex se cuida de revelar que fue él el violador pero, a causa de algunas intervenciones, F. Alexander empieza a asociarlo a este hecho. Él y sus amigos van a trabajar en el caso de Alex y, mientras tanto, lo dejan en un departamento de la ciudad. Allí, Alex está encerrado y se ve obligado a escuchar música clásica proveniente de un sitio aledaño, lo que le provoca nuevamente un deseo de suicidarse. Alex salta por una ventana con la sospecha de que los hombres lo han traicionado, y que lo han conducido al suicidio para afianzar su causa contra el gobierno.
Alex sobrevive y lo llevan a un hospital. Cuando recupera el conocimiento, los amigos de F. Alexander le dicen que ha destruido las posibilidades de reelección del gobierno. Vuelve a perder el conocimiento y, cuando despierta, sus padres le ruegan que regrese a su hogar, y le dicen que Joe se fue después de algunos problemas con la policía. Luego, Alex advierte que está recuperando su tolerancia a la violencia: los efectos de la técnica de Ludovico aparentemente fueron revertidos por los médicos mientras dormía.
El Ministro del Interior se presenta en una oportunidad con unos periodistas y le toman fotos, en las que consiguen que se vea sonriente y en buenos términos con el gobierno. El ministro le dice que arrestaron a F. Alexander después de que este se diera cuenta de que Alex había violado a su esposa, para resguardar su seguridad. Luego, el Ministro le asegura un buen empleo y le regala un estéreo y álbumes de música de sus compositores favoritos.
Alex forma una nueva pandilla y, con su nuevo y cómodo trabajo proporcionado por el gobierno, parece estar retomando su antigua vida. No obstante, descubre que las drogas y la violencia ya no lo excitan. Además, ha desarrollado un gusto por la música romántica que supera su pasión por la música clásica. Cuando ve que su viejo amigo Pete se ha casado, se confirma su transición: Alex quiere establecerse, casarse y tener un hijo. Cree que simplemente ha superado su pasado violento. Tal como sucede con todos los jóvenes del mundo, fue esencialmente la juventud lo que hizo de él un sujeto impetuoso.
