Jälkeenjäänyt Charlie Gordon pääsee koehenkilöksi uraauurtavaan tutkimukseen, jolla hänen aivonsa operoidaan uuteen uskoon. Charliesta tulee nopeasti nero, joka ohittaa älykkyydessään tutkimuksen tehneet professorit.
Vaan eihän se koskaan niin yksinkertaista ole. Myös Algernon-hiiri on käynyt läpi saman operaation ja ennen pitkää havaitaan, että Algernon alkaa rapistua ja taantua. Nerona Charlie ymmärtää, että sama kohtalo odottaa myös häntä.
Kukkia Algernonille on kirjoitettu Charlien edistymisraporttien muotoon. Niistä näkyy, miten Charlie aluksi osaa hädin tuskin kirjoittaa, mutta kehittyy nopeasti. Kaikki kehitys ei vain kulje samassa tahdissa ja Charlie joutuu painimaan etenkin tunne-elämän kanssa.
Kirja herättää paljon hyviä kysymyksiä tieteen etiikasta ja moraalista. Merkittäviksi teemoiksi nousevat myös koekaniinien asema, henkisesti jälkeenjääneiden ihmisten kohtelu, järjen ja tunteen ristiriita ja menneisyyden tapahtumien vaikutus ihmisen myöhempään elämään. Kirjassa on paljon purtavaa, eikä se ole vanhentunut pahasti.