Charlie Gordon est employé pour laver les toilettes des laboratoires, et de la boulangerie. C'est un attardé mental, le boulanger, un ancien ami de son père Matt, a sorti Charlie de l'asile Warren et l'emploie, et est bon pour lui.
Charlie aurait toujours voulu être intelligent mais il ne peut pas. Il va à des cours pour adultes attardés, où Alice Kinnian est professeur; Charlie est son meilleur élève, car il a envie d'apprendre à lire et écrire.
Un jour, le professeur Nemur et le docteur Strauss viennent le voir, et lui demande d'écrire des comptes rendus de ses journées, même s'ils sont remplis de fautes d'orthographe ; ils lui font passer des tests, dans des labyrinthes, où il n'arrive pas à battre une souris, Algernon, il y a aussi les tests de Rorschard (avec les taches d'encre). Les scientifiques lui expliquent qu'Algernon est une souris surdouée, dont on a augmenté le Q.I et qu'elle est devenue très intelligente. On propose à Charlie de se faire opérer et de devenir intelligent ; Charlie accepte, mais ne doit encore en parler à personne, au cas où.
« Des fleurs pour Algernon » est le journal écrit sous forme de comptes rendus de Charlie Gordon. Plus son Q.I augmente, plus Charlie devient intelligent. Ses amis le rejettent, il est renvoyé de la boulangerie. Il se rebelle des sentiments jusqu'à inexistants apparaissent pour Alice Kinnian.
Mais les facultés d'Algernon baissent tout à coup et déclinent progressivement. Charlie sait qu'il est condamné, et dans peu de temps, son Q.I. sera inférieur à 70 ; Le passage de 200 à 70 est très difficile pour Charlie. Il utilise le peu de temps d'intelligence qu'il lui reste à corriger les expériences des scientifiques pour augmenter le Q.I