Robert Neville sembra essere l’unico sopravvissuto di una pandemia che ha ucciso la maggior parte della popolazione umana e trasformato il resto in “vampiri” che in gran parte si conformano alle loro stereotipi nella narrativa e folklore: sono dei succhia sangue, pallido di carnagione, e notturni, anche se altrimenti indistinguibili dai normali esseri umani. Implicitamente ambientato a Los Angeles durante 1976, il romanzo descrive la vita di Neville nei mesi e alla fine anni dopo l’epidemia mentre tenta di comprendere, ricercare e possibilmente curare la malattia. Sciami di vampiri circondano la sua casa ogni notte e cercare di trovare il modo di entrare, che comprende le femmine esponendo se stessi e il suo vicino di vampiro inesorabilmente gridando per lui a venire fuori. Neville sopravvive barricandosi nella sua casa ogni notte; è ulteriormente protetto dai tradizionali repellenti vampiri di aglio, specchi e crocifissi. Tempeste di polvere settimanali devastano la città, e durante il giorno, quando i vampiri sono inattivi, Neville va in giro per cercarli per ucciderli con pali di legno (dal momento che sembrano impermeabili ai proiettili delle sue pistole) e per cercare rifornimenti. Il passato di Neville è occasionalmente rivelato attraverso flashback; la malattia ha sostenuto sua figlia, il cui corpo il governo lo ha costretto a bruciare, così come sua moglie, il cui corpo ha segretamente sepolto ma poi ha dovuto uccidere dopo che è risorta dai morti come un vampiro.

Dopo periodi di depressione e alcolismo, Neville determina finalmente che ci devono essere alcune ragioni scientifiche dietro le origini, i comportamenti e le avversioni dei vampiri, quindi si propone di indagare. Ottiene libri e altri materiali di ricerca da una biblioteca e attraverso la ricerca graduale scopre che la radice della malattia è probabilmente un ceppo Bacillus di batteri in grado di infettare sia gli ospiti deceduti che quelli viventi. I suoi esperimenti con microscopi rivelano anche che i batteri sono mortali sensibili all’aglio e alla luce solare. Un giorno, un cane randagio e ferito trova la sua strada, riempiendo Neville di gioia stupita. Alla disperata ricerca di compagnia, Neville guadagna faticosamente la fiducia del cane nervoso con il cibo e lo porta in casa. Nonostante i suoi sforzi, il cane malato muore una settimana dopo, e Neville, derubato di ogni speranza, torna rassegnato a saperne di più sui vampiri.

Le continue letture e gli esperimenti di Neville sui vampiri incapaci lo aiutano a creare nuove teorie. Crede che i vampiri siano affetti da specchi e croci a causa della “cecità isterica”, il risultato del precedente condizionamento psicologico degli infetti. Guidato folle dalla malattia, gli infetti ora reagiscono come credono che dovrebbero quando di fronte a questi elementi. Anche allora, la loro reazione è vincolata alle credenze della persona in particolare; per esempio, un vampiro cristiano temerebbe la croce, ma un vampiro ebreo non lo farebbe. Neville scopre inoltre mezzi più efficienti per uccidere i vampiri, oltre a guidare un palo nei loro cuori. Ciò include esporre i vampiri alla luce solare diretta o infliggere ampie ferite di ossigeno in qualsiasi punto del loro corpo in modo che i batteri passino dall’essere simbionti anaerobici ai parassiti aerobici, consumando rapidamente i loro ospiti quando esposti all’aria, il che dà l’aspetto dei vampiri che si liquefanno istantaneamente. Tuttavia, i batteri producono anche “colla per il corpo” resiliente che sigilla istantaneamente ferite contundenti o strette, rendendo i vampiri a prova di proiettile. Con la sua nuova conoscenza, Neville sta uccidendo un numero così elevato di vampiri nelle sue incursioni quotidiane che i suoi visitatori notturni sono diminuiti in modo significativo. Neville ritiene inoltre che la pandemia sia stata diffusa non tanto da morsi di vampiri diretti quanto da zanzare portatrici di batteri e tempeste di polvere nelle città dopo una recente guerra. L’incoerenza dei risultati di Neville nella gestione dei vampiri lo porta anche a rendersi conto che ci sono in realtà due tipi di vampiri che reagiscono in modo diverso: quelli coscienti e che vivono con un’infezione in peggioramento e quelli che sono morti ma sono stati rianimati dai batteri (cioè non morti).

Dopo tre anni, Neville vede una donna terrorizzata in pieno giorno. Neville è immediatamente sospettosa dopo che si ritira violentemente in presenza di aglio, ma lentamente conquistano la fiducia reciproca. Alla fine, i due si confortano sentimentalmente e spiega alcune delle sue scoperte, inclusa la sua teoria che ha sviluppato l’immunità contro l’infezione dopo essere stato morso da un pipistrello vampiro infetto anni fa. Vuole sapere se la donna, di nome Ruth, è infetta o immune, giurando di curarla se è infetta, e lei a malincuore gli permette di prendere un campione di sangue, ma improvvisamente lo bussa incosciente mentre vede i risultati. Quando Neville si sveglia, scopre un biglietto da Ruth confessando che lei è davvero un vampiro inviato a spiarlo e che era responsabile della morte di suo marito, un altro vampiro. La nota suggerisce inoltre che solo i vampiri non morti sono patologicamente violenti, ma non quelli che erano vivi al momento dell’infezione e che sopravvivono ancora a causa di mutazioni casuali nei loro batteri. Questi infetti viventi hanno lentamente superato la loro malattia e stanno tentando di costruire una nuova società. Hanno sviluppato farmaci che diminuiscono il peggiore dei loro sintomi. Ruth avverte Neville che i suoi sentimenti per lui sono veri, ma che la sua gente tenterà di catturarlo e che dovrebbe cercare di fuggire dalla città.

Tuttavia, supponendo che sarà trattato in modo equo dalla nuova società, Neville rimane a casa sua fino a quando i membri infetti arrivano e spediscono violentemente i vampiri non morti fuori dalla sua casa con gioia diabolica. Rendendosi conto che gli aggressori infetti potrebbero avere intenzione di ucciderlo, dopo tutto, spara su di loro e, a sua volta, viene colpito e catturato. Ferito mortalmente, Neville viene messo in una cella sbarrata dove viene visitato da Ruth, che lo informa che lei è un membro anziano della nuova società, ma, a differenza degli altri, non se la prende con lui. Dopo aver discusso gli effetti delle attività di uccisione dei vampiri di Neville sulla nuova società, riconosce la necessità pubblica per l’esecuzione di Neville, ma, per pietà, gli dà un pacchetto di pillole suicide ad azione rapida. Neville accetta il suo destino e chiede a Ruth di non lasciare che questa società diventi troppo senza cuore. Ruth promette di provare, lo bacia e se ne va. Neville va alla finestra della sua prigione e vede l’infetto fissarlo con lo stesso odio e la paura che una volta provava per loro; si rende conto che lui, un residuo di vecchia umanità, è ora una leggenda per la nuova razza nata dall’infezione. Riconosce che il loro desiderio di ucciderlo, dopo aver ucciso così tanti dei loro cari, non è qualcosa che può condannare. Mentre le pillole hanno effetto, è divertito dal pensiero che diventerà la loro nuova superstizione e leggenda, proprio come i vampiri una volta erano per gli umani.