Afin d'étudier scientifiquement le comportement humain, le professeur Thon enferme vingt volontaires, des hommes ordinaires, dans un univers carcéral. Huit d'entre eux sont désignés pour être les ''gardiens'', les douze autres étant les ''prisonniers''. La règle est simple : comme dans une vraie prison, les détenus doivent obéir aux gardiens qui sont chargés de faire régner l'ordre.
Progressivement, la situation se détériore, la frontière entre l'expérience et la réalité devient de plus en plus floue. Le pouvoir monte à la tête de certains et les atteintes à la liberté et à la dignité en affectent d'autres. Chaque jour qui passe voit le pouvoir et l'autorité se heurter de plus en plus violemment à la rébellion.
L'expérience dépasse tout ce qui était prévu. Les personnalités se révèlent. Désormais, l'enjeu n'est plus scientifique : il s'agit d'abord de s'en sortir vivant.