Le héros, Serge Mouret, est le fils de François Mouret et de Marthe Rougon, personnages principaux du précédent roman. Ordonné prêtre à l'âge de vingt-cinq ans, il choisit d'exercer son ministère dans le petit village des Artauds, à quelques kilomètres de Plassans, sa ville natale (qui correspond dans les romans de Zola à Aix-en-Provence). Là, il sent se développer en lui le désir des sens, attisé par le spectacle de paysans se livrant sans retenue à la fornication. Ce désir se transforme en amour mystique pour la Vierge Marie, accompagné d'extases et de mortifications qui finissent par le rendre gravement malade. À deux doigts de mourir, il est confié par son oncle, le docteur Pascal, à un athée nommé Jeanbernat et à sa nièce Albine, qui vivent dans une propriété à l'abandon appelée le Paradou.

Au Paradou, Albine va peu à peu réapprendre la vie à l'abbé Mouret. Dans cette sorte de paradis terrestreà la végétation luxuriante, ils vivent comme Adam et Ève et découvrent peu à peu l'amour, qui finit par devenir charnel. Serge a trouvé son équilibre. Mais il va être brutalement chassé du paradis par le frère Archangias, qui lui rappelle ses devoirs de prêtre et le force à quitter Albine. L'abbé Mouret regagne sa paroisse, et tout désir s'éteint en lui. Albine, qui était enceinte, se suicide lorsqu'elle voit que plus rien ne peut ramener son amant à la vie humaine.