Рабочий поселок в Сибири. Первый послевоенный год. Учительница Надежда Сергеевна Дроздова, Надя, высокая, молодая, красивая женщина с постоянной грустью в серых глазах, слышит от мужа о некоем полусумасшедшем Лопаткине. Этот чудак, видите ли, изобрел машину для отливки чугунных труб и пытается внедрить ее в производство, не понимая, что время гениев-одиночек прошло. Мужа Надя слушает с доверием, — Леонид Иванович Дроздов является директором комбината, он гораздо старше и опытнее жены. Но вскоре, проведывая свою ученицу, Надя оказывается в доме-землянке простого рабочего Петра Сьянова и здесь неожиданно встречает Дмитрия Алексеевича Лопаткина, высокого, худощавого человека с военной выправкой и серыми глазами страдальца. Он живет в крохотной комнатке без окон, проводя дни и ночи у чертежной доски. Лопаткин рассказывает ей, как родилась у него, выпускника физико-математического факультета, бывшего фронтовика, потом — учителя, идея машины.

Восьмилетняя Неточка живет в каморке на чердаке большого петербургского дома. Ее мать шитьем и стряпаньем зарабатывает на пропитание всей семье. Отчим, Егор Ефимов, человек странный. Он талантливый скрипач, но забросил музыку, потому что «злодейка» жена якобы загубила его дарование. Только ее смерть «развяжет» его.

Грубый и бесцеремонный, он беззастенчиво живет за счет опороченной им женщины, которая, несмотря ни на что, продолжает его любить. Она уже давно и опасно больна.

Однажды летом 1952 г. экипаж из восьми человек отправляется в небольшой райцентр Лихаревку на военные испытания. Среди них — генерал-майор Сивере, умница и эрудит; майор Скворцов, офицер, назначенный ответственным за полет, щеголь, весельчак и любимец женщин; конструктор Ромнич, единственная женщина, миниатюрная, серьезная и умная (проницательный генерал Сивере первым заметил, «какие у нее большие серые, какие печальные глаза»); а также старший научный сотрудник Теткин, дружелюбный и бесшабашный.

Пьеса содержит в себе как бы два параллельных действия. Первое — социально-бытовое и второе — философское. Оба действия развиваются параллельно, не переплетаясь. В пьесе существуют как бы два плана: внешний и внутренний.

Внешний план. В ночлежном доме, принадлежащем Михаилу Ивановичу Костылеву (51 года) и его жене Василисе Карловне (26 лет), живут, по определению автора, «бывшие люди», т. е. люди без твердого социального статуса, а также работающие, но бедняки. Это: Сатин и Актер (обоим под 40 лет), Васька Пепел, вор (28 лет), Андрей Митрич Клещ, слесарь (40 лет), его жена Анна (30 лет), Настя, проститутка (24 лет), Бубнов (45 лет), Барон (33 лет), Алешка (20 лет), Татарин и Кривой Зоб, крючники (возраст не назван). В доме появляются Квашня, торговка пельменями (под 40 лет) и Медведев, дядя Василисы, полицейский (50 лет).

Описанное происшествие, по свидетельству повествователя, случилось в Петербурге, марта 25 числа. Цирюльник Иван Яковлевич, откушивая поутру свежего хлеба, испеченного его супругою Прасковьей Осиповной, находит в нем нос. Озадаченный сим несбыточным происшествием, узнав нос коллежского асессора Ковалева, он тщетно ищет способа избавиться от своей находки. Наконец он кидает его с Исакиевского моста и, против всякого ожидания, задерживается квартальным надзирателем с большими бакенбардами. Коллежский же асессор Ковалев (более любивший именоваться майором), пробудясь тем же утром с намерением осмотреть вскочивший давеча на носу прыщик, не обнаруживает и самого носа. Майор Ковалев, имеющий необходимость в приличной внешности, ибо цель его приезда в столицу в приискании места в каком-нибудь видном департаменте и, возможно, женитьбе (по случаю чего он во многих домах знаком с дамами: Чехтыревой, статской советницей, Пелагеей Григорьевной Подточиной, штаб-офицершей), — отправляется к обер-полицмейстеру, но на пути встречает собственный свой нос (облаченный, впрочем, в шитый золотом мундир и шляпу с плюмажем, обличающую в нем статского советника). Нос садится в карету и отправляется в Казанский собор, где молится с видом величайшей набожности.