Il romanzo è costituito fondamentalmente da tre parti divise in profase, metafase, anafase e telofase (epilogo), nomi che derivano dalle diverse fasi della mitosi. La storia segue all'inizio Vergil Ulam, uno scienziato brillante ma sconsiderato, punto di partenza degli eventi narrati, dopodiché abbandona questo che poteva sembrare il personaggio principale del libro per focalizzarsi su altri personaggi.
La trama si evolve insieme alla narrazione partendo da una situazione piuttosto limitata per poi elevarsi ad un livello superiore fino a descrivere le vicende dell'intera umanità, alla fine portando avanti più punti di vista contemporaneamente, attraverso l'alternarsi dei capitoli.