Clarice Starling, eine junge FBI-Praktikantin, wird von Jack Crawford, dem Leiter der FBI-Abteilung, die psychologische Profile von Serienmördern erstellt, gebeten, einen Auftrag auszuführen. Starling soll dem brillanten forensischen Psychiater und kannibalistischen Serienmörder Hannibal Lecter einen Fragebogen vorlegen. Lecter verbüßt wegen einer Reihe von Morden neunmal lebenslänglich in einer psychiatrischen Anstalt in Maryland.
Crawfords eigentliche Absicht ist es jedoch, Lecter um Hilfe bei der Jagd nach einem Serienmörder namens „Buffalo Bill“ zu bitten, dessen Vorgehensweise darin besteht, übergewichtige Frauen zu entführen, sie bis zu zwei Wochen lang auszuhungern, zu töten, zu häuten und die Überreste in nahe gelegenen Flüssen zu versenken. Der Spitzname wurde von der Mordkommission von Kansas City als kranker Witz eingeführt, der besagt, dass „er sich gerne die Haut abzieht“. Während der Ermittlungen kehrt Starling regelmäßig zu Lecter zurück, um Informationen zu erhalten, und die beiden gehen eine seltsame Beziehung ein, in der er ihr kryptische Hinweise gibt, um im Gegenzug Informationen über ihre schwierige und trostlose Kindheit als Waisenkind zu erhalten.
Als Bills sechstes Opfer in West Virginia gefunden wird, hilft Starling Crawford bei der Autopsie. Starling findet eine Puppe im Hals des Opfers, und genau wie Lecter es vorausgesagt hat, ist sie skalpiert worden. Auch von ihren Schultern wurden dreieckige Hautstücke entnommen. Außerdem geht aus den Autopsieberichten hervor, dass Bill sie innerhalb von vier Tagen nach ihrer Gefangennahme getötet hat, viel schneller als seine früheren Opfer. Starling bringt die Puppe zum Smithsonian, wo sie zunächst als schwarze Hexenmotte identifiziert wird, eine Art, die am Fundort des Opfers nicht natürlich vorkommt. Später wird sie jedoch als Totenkopfmotte identifiziert, eine noch exotischere Art, die in Gefangenschaft aus importierten Eiern aufgezogen werden müsste.
Aufgrund von Lecters Vorhersage glaubt Starling, dass er weiß, wer Buffalo Bill wirklich ist. Sie fragt Crawford, warum sie geschickt wurde, um nach Informationen über Buffalo Bill zu fischen, ohne dass sie darüber informiert wurde; Crawford behauptet, dass Lecter, wenn sie eine Absicht gehabt hätte, dies gespürt und nie etwas gesagt hätte.
In Tennessee wird Catherine Baker Martin, die Tochter von Senatorin Ruth Martin, entführt. Innerhalb von sechs Stunden wird ihre Bluse am Straßenrand gefunden, mit aufgeschlitztem Rücken: Buffalo Bills Visitenkarte. Er sperrt sie in eine Oubliette und beginnt, sie auszuhungern. Crawford erfährt, dass kein Geringerer als der Präsident der Vereinigten Staaten „großes Interesse“ an dem Fall bekundet hat und dass eine erfolgreiche Rettung wünschenswert ist. Crawford schätzt, dass sie drei Tage Zeit haben, bevor Catherine getötet wird. Starling wird zu Lecter geschickt, um ihm ein Angebot zu unterbreiten: Wenn er bei Catherines Rettung und Buffalo Bills Ergreifung hilft, wird er aus der Anstalt entlassen, was er sich schon lange gewünscht hat. Lecter ist skeptisch, ob das Angebot ernst gemeint ist, aber er glaubt nicht, dass Starling ihn absichtlich belügen würde.
Nachdem Starling gegangen ist, erinnert sich Lecter an ein Gespräch mit Benjamin Raspail, einem ehemaligen Patienten, den er schließlich ermordet hatte. Während der Therapiesitzungen erzählte Raspail Lecter von einem früheren Liebhaber, Jame Gumb: Nachdem Raspail Gumb verlassen hatte und mit einem Seemann namens Klaus zusammen war, wurde Gumb eifersüchtig und ermordete Klaus, indem er seine Haut zur Herstellung einer Schürze verwendete. Raspail enthüllte auch, dass Gumb eine Erleuchtung hatte, als er das Schlüpfen eines Schmetterlings beobachtete.
Lecters Grübeleien werden unterbrochen, als Dr. Frederick Chilton – der Verwalter der Anstalt und Lecters selbsternannter Erzfeind – einschreitet. Dank eines Abhörgeräts konnte er Starlings Angebot aufzeichnen, und Chilton hat herausgefunden, dass Crawfords Angebot eine Lüge ist. Er bietet einen eigenen Deal an: Wenn Lecter die Identität von Buffalo Bill preisgibt, wird er tatsächlich in eine andere Anstalt verlegt, aber nur, wenn Chilton dafür belohnt wird, dass er die Informationen von ihm bekommen hat. Lecter willigt ein, besteht aber darauf, dass er die Informationen persönlich bei Senator Martin in Tennessee abgeben darf. Ohne dass Chilton es weiß, hat Lecter heimlich die Zutaten für einen improvisierten Handschellen-Schlüssel gesammelt, den er irgendwann während der Reise brauchen wird.
In Tennessee spielt Lecter kurz mit Senatorin Martin, genießt die Qualen der Frau, gibt ihr aber schließlich einige Informationen über Buffalo Bill: Sein Name ist William „Billy“ Rubin, und er hat an „Elefanten-Elfenbein-Milzbrand“ gelitten, einer Krankheit der Messerschmiede. Er liefert auch eine genaue Beschreibung seines Körpers. Der Name ist jedoch ein Ablenkungsmanöver: Bilirubin ist ein Pigment in der menschlichen Galle und ein Hauptfarbstoff in menschlichen Fäkalien, den das gerichtsmedizinische Labor mit der Farbe von Chiltons Haar vergleicht.
Starling versucht ein letztes Mal, Informationen von Lecter zu erhalten, während er in Polizeigewahrsam ist. Er bietet einen letzten Hinweis an – „wir begehren, was wir jeden Tag sehen“ – und verlangt, ihre schlimmste Erinnerung zu erfahren. Starling enthüllt, dass sie nach dem Tod ihres Vaters zu einem Cousin auf eine Schaf- und Pferderanch geschickt wurde. Eines Nachts entdeckte sie, wie der Bauer die Frühlingslämmer schlachtete, und floh voller Angst mit einer Stute, die ebenfalls für das Schlachthaus bestimmt war und die sie Hannah nannte. Der Bauer fing sie ein und schickte sie in ein Waisenhaus, wo sie den Rest ihrer Kindheit verbrachte. Lecter, der die Parallelen zwischen den hilflosen Lämmern und der ebenso hilflosen Catherine sieht, dankt ihr für ihre Offenheit, und die beiden haben einen kurzen Moment der Verbundenheit, bevor Chilton sie zwingt zu gehen. Kurz darauf entkommt Lecter, indem er seine Wachen tötet und ausweidet und eines ihrer Gesichter als Maske benutzt, um die Sanitäter zu täuschen.
Starling setzt ihre Suche nach Buffalo Bill fort und kommt zu dem Schluss, dass er sein erstes Opfer, Fredrica Bimmel, aus dem täglichen Leben kannte. Sie besucht Fredricas Elternhaus und findet heraus, dass sowohl sie als auch Buffalo Bill gelernte Schneiderinnen waren und dass er die Frauen tötet, um sich selbst einen „Anzug“ anzufertigen, nachdem er zu der Überzeugung gelangt ist, dass er transsexuell ist, aber zu unzurechnungsfähig, um eine Geschlechtsumwandlung zu beantragen. Als sie Bimmels Bekannte befragt, landet sie im Haus von Jame Gumb, einem Schneider und Lederarbeiter. Sie entdeckt in seinem Haus eine Totenkopfmotte und weiß, wen sie gefunden hat; Gumb jedoch flüchtet in seinen Keller. Starling, die nur mit einem Revolver bewaffnet ist, aber weiß, dass der Ruf nach Verstärkung Catherines Tod zur Folge haben wird, verfolgt ihn und tötet ihn nach einer langen Verfolgungsjagd. Catherine wird körperlich unversehrt zu ihrer Familie zurückgebracht.
Lecter schreibt daraufhin einen Glückwunschbrief an Starling, in dem er hofft, dass „die Lämmer aufgehört haben zu schreien“, und darauf hinweist, dass er keine Pläne hat, sie zu verfolgen. Er sagt auch richtig voraus, dass die Rettung von Catherine Martin Clarice zwar eine gewisse Erleichterung verschafft hat, dass das Schweigen aber niemals ewig dauern wird, und verkündet ihre Motive für eine weitere Karriere beim FBI. Der Roman endet damit, dass Clarice friedlich „in der Stille der Lämmer“ schläft.