Clarice Starling, uma jovem estagiária do FBI, é convidada a fazer um recado por Jack Crawford, o chefe da divisão do FBI que traça perfis psicológicos de assassinos em série. Starling deve apresentar um questionário ao brilhante psiquiatra forense e canibalista serial killer, Hannibal Lecter. Lecter está cumprindo nove penas perpétuas consecutivas em uma instituição mental de Maryland por uma série de assassinatos.
A verdadeira intenção de Lecter, no entanto, é tentar solicitar a assistência de Lecter na caça a um assassino em série chamado “Buffalo Bill”, cujo M.O. envolve seqüestrar mulheres com excesso de peso, matá-las à fome por até duas semanas, matá-las e esfolá-las, e despejar os restos mortais em rios próximos. O apelido foi iniciado pelos Homicídios de Kansas City como uma piada de mau gosto que “ele gosta de esfolar as suas bossas”. Ao longo da investigação, Starling periodicamente volta a Lecter em busca de informações, e as duas formam uma estranha relação na qual ele oferece suas pistas crípticas em troca de informações sobre sua infância problemática e sombria como órfã.
Quando a sexta vítima de Bill é encontrada na Virgínia Ocidental, Starling ajuda Crawford a realizar a autópsia. Starling encontra um cachorro na garganta da vítima e, como Lecter previu, ela foi escalpada. Manchas triangulares de pele também lhe foram tiradas dos ombros. Além disso, os relatórios da autópsia indicam que Bill a matou nos quatro dias seguintes à sua captura, muito mais rápido do que as suas vítimas anteriores. Starling leva a pupa ao Smithsonian, onde ela é inicialmente identificada como a mariposa negra, uma espécie que não ocorre naturalmente onde a vítima foi encontrada, embora mais tarde ela seja identificada como a Traça da Morte, uma espécie ainda mais exótica que teria que ser criada em cativeiro a partir de ovos importados.
Na base da previsão de Lecter, Starling acredita que ele sabe quem realmente é Buffalo Bill. Ela pergunta a Crawford porque ela foi enviada para pescar por informações sobre Buffalo Bill sem que lhe tivessem dito que o estava a fazer; Crawford afirma que se ela tivesse uma agenda, Lecter tê-la-ia sentido e nunca teria falado.
No Tennessee, Catherine Baker Martin, filha da Senadora Ruth Martin, é raptada. Em seis horas, a blusa dela é encontrada na berma da estrada, cortada pelas costas: O cartão de visita de Buffalo Bill. Ele prende-a numa oubliette e começa a matá-la à fome. Crawford é informado de que nada menos que o presidente dos Estados Unidos expressou “interesse intenso” no caso, e que um resgate bem sucedido é preferível. Crawford estima que eles têm três dias antes de Catherine ser morta. Starling é enviado para Lecter com a oferta de um acordo: se ele ajudar no resgate de Catherine e na captura de Buffalo Bill, ele será transferido para fora do asilo, algo que ele tem desejado continuamente. Lecter expressa ceticismo quanto à genuinidade da oferta, mas ele não acredita que Starling mentiria intencionalmente para ele.
Após a partida de Starling, Lecter relembra o passado, lembrando uma conversa com Benjamin Raspail, um ex-paciente que ele havia eventualmente assassinado. Durante sessões de terapia, Raspail contou a Lecter sobre um ex-amante, Jame Gumb: Depois de Raspail deixar Gumb e começar a namorar um marinheiro chamado Klaus, Gumb ficou com ciúmes e assassinou Klaus, usando a sua pele para fazer um avental. Raspail também revelou que Gumb teve uma epifania ao ver uma borboleta eclodir.
As ruminações de Lecter são interrompidas quando o Dr. Frederick Chilton – o administrador do asilo e o nêmesis auto-intitulado de Lecter – entra. Um dispositivo de escuta permitiu-lhe gravar a oferta de Starling, e Chilton descobriu que o acordo de Crawford é uma mentira. Ele oferece um dos seus: Se Lecter revelar a identidade de Buffalo Bill, ele receberá uma transferência para outro asilo, mas só se Chilton receber crédito por obter as informações dele. Lecter concorda, mas insiste que lhe seja permitido dar a informação ao Senador Martin pessoalmente, no Tennessee. Sem o conhecimento de Chilton, Lecter coletou secretamente os ingredientes para uma algema improvisada, que ele deduz que será útil em algum momento durante a viagem.
No Tennessee, Lecter brinca brevemente com o Senador Martin, curtindo a angústia da mulher, mas eventualmente lhe dá algumas informações sobre Buffalo Bill: seu nome é William “Billy” Rubin, e ele sofreu de “antraz de marfim elefante”, uma doença de faca. Ele também fornece uma descrição física precisa. O nome, porém, é um engano vermelho: bilirrubina é um pigmento na bílis humana e um corante principal nas fezes humanas, que o laboratório forense compara à cor do cabelo de Chilton.
Starling tenta uma última vez obter informações de Lecter enquanto ele é mantido sob custódia policial. Ele oferece uma pista final – “cobiçamos o que vemos todos os dias” – e exige ouvir a sua pior memória. Starling revela que, após a morte de seu pai, ela foi enviada para viver com um primo em um rancho de ovelhas e cavalos. Certa noite, ela descobriu o fazendeiro que abatia os cordeiros da primavera, e fugiu aterrorizada com uma égua também destinada ao matadouro, a quem deu o nome de Hannah. O fazendeiro a pegou e a mandou para um orfanato, onde ela passou o resto de sua infância. Lecter, vendo os paralelos entre os cordeiros indefesos e a igualmente indefesa Catherine, agradece-lhe pela sua candura, e os dois partilham um breve momento de ligação antes que Chilton a obrigue a partir. Pouco depois disso, Lecter escapa matando e eviscerando seus guardas, usando uma de suas faces como máscara para enganar os paramédicos.
Starling continua sua busca por Buffalo Bill, deduzindo que ele conhecia sua primeira vítima, Fredrica Bimmel, da vida cotidiana. Ela visita a casa da família de Fredrica e descobre que tanto ela quanto Buffalo Bill foram alfaiates realizados e está matando as mulheres para fazer um ‘terno’ para si mesmo, tendo chegado a acreditar que ele era transsexual, mas foi considerado louco demais para solicitar uma mudança de sexo. Ao investigar as conhecidas associadas de Bimmel, ela acaba na casa de um tal Jame Gumb, costureiro e marroquinista. Ela espia uma traça da cabeça da Morte em sua casa e sabe quem ela encontrou; no entanto, Gumb escapa para o porão dele. Starling, armado apenas com um revólver, mas consciente de que pedir reforços resultará na morte de Catherine, segue-o e mata-o depois de uma longa perseguição. Catherine é devolvida à sua família fisicamente ilesa.
Lecter escreve então uma carta de congratulações a Starling, na qual ele espera que “os cordeiros pararam de gritar” e indica que ele não tem planos de persegui-la. Ele também prevê corretamente que salvar Catherine Martin pode ter dado algum alívio a Clarice, mas que o silêncio nunca se tornará eterno, anunciando os seus motivos para uma carreira contínua no FBI. O romance termina com Clarice dormindo pacificamente “no silêncio dos cordeiros”.