Los androides sueñan con ovejas eléctricas comienza en el desolado paisaje de San Francisco en 2021 (las ediciones anteriores enumeran el año 1992). El mundo ha sido completamente alterado por World War Terminus y la destrucción nuclear que provocó que un polvo radiactivo descendiera sobre el mundo entero. La mayoría de los residentes de la Tierra se habían trasladado a una nueva colonia en Marte y el gobierno alentó activamente a más personas a hacerlo. El polvo radiactivo había matado muchas formas de vida y en la sociedad que quedaba, la vida se había vuelto extremadamente importante y valiosa. Se espera que todos los seres humanos posean y mantengan animales y muchos de los animales se han vuelto bastante caros.
Rick Deckard se despierta con su esposa Iran en su apartamento. Rick es un cazarrecompensas que trabaja con el departamento de policía de San Francisco. Su trabajo consiste en «retirar» a los androides que han escapado a la Tierra desde Marte. Rick es bastante egocéntrico y sueña con tener algún día un animal muy caro como el caballo de su vecino. Irán está más en contacto con la decadencia del mundo que la rodea y se hunde voluntariamente en las depresiones y la tristeza a pesar de que posee un órgano del estado de ánimo de Penfield que podría generar nuevas emociones para ella. Irán es un devoto seguidor del mercerismo, una especie de religión en la que los individuos se fusionan con un hombre llamado Mercer que sube lentamente una colina hacia su muerte. El objetivo del mercerismo es unir a toda la humanidad en una muestra de empatía hacia este hombre perseguido.
Rick tiene una oveja, pero es una oveja eléctrica, un secreto que se guarda para sí mismo. Él anhela tener un animal real, pero para poder pagar uno, sabe que debe retirar a muchos androides para poder cobrar la recompensa de $ 1000. Rick reflexiona que al ser dueño de un animal, los seres humanos pueden mostrar la única emoción verdadera que les pertenece solo a ellos: la empatía. Al llegar al trabajo un día, Rick descubre que su compañero cazarrecompensas, Dave Holden, resultó gravemente herido en un encuentro con un nuevo tipo de androide, el Nexus-6. Rick luego se convierte en el principal cazarrecompensas del departamento y se hace responsable de encontrar y retirar los Nexus-6 restantes.
Para aprender sobre el Nexus-6, Rick viaja a Seattle para visitar la Asociación Rosen, la compañía que fabrica el Nexus-6. Mientras está allí, Rick conoce a Rachael Rosen y su tío Eldon. Comienza a administrar una prueba llamada prueba de Voigt-Kampff que prueba la verdadera empatía al hacer una serie de preguntas que se supone que provocan respuestas empáticas ilícitas. Si alguien pasa la prueba, es un ser humano. Si no es así, son androides. Rachael no pasa la prueba, pero Eldon le dice a Rick que había sido un truco y que ella era realmente humana. La Asociación Rosen estaba preocupada, principalmente, por su capacidad para seguir fabricando androides. Rick lo intenta una vez más y descubre que habían estado tratando de engañarlo nuevamente y que Rachael era en realidad un androide. Después de intentar sobornarlo con animales caros, Rick deja la Asociación Rosen para continuar su misión de encontrar y matar a los androides Nexus-6, satisfecho de que no podrían pasar la prueba y que no mataría accidentalmente a un humano.
John Isidore es una historia paralela que se entrelaza con la historia de Rick Deckard. John es un «cabeza de gallina», una persona que se ha vuelto mentalmente discapacitada debido al polvo radiactivo. Esto significa que no puede ser considerado un miembro pleno y activo de la sociedad o que podría emigrar a Marte. Se ve obligado a realizar trabajos serviles en un taller de reparación de animales eléctricos. Un día, John conoce a una joven que se ha mudado a su edificio de apartamentos vacío, Pris Stratton. El apartamento de Stratton está lleno de «kipple», una palabra que significa acumulación de basura, y John se ofrece a ayudarla a limpiarlo y cocinarle la cena. Pris no quiere dejar que nadie se le acerque, pero John se marcha feliz de haber hecho un contacto significativo con otro ser humano.
John tiene un encuentro en el trabajo en el que, por error, recoge a un gato enfermo para repararlo. El gato muere de camino a la tienda y John descubre que el gato era real. Esto horroriza a John y se ve obligado a llamar al dueño del gato y explicarle su muerte. La dueña también está horrorizada, pero acepta que le construyan un gato mecánico para que su esposo, que ama al gato, no sepa la diferencia. John regresa del trabajo para preparar la cena para Pris Stratton, pero algo no va del todo bien con ella. Ella está agradecida por el interés de John en ella, pero a menudo es mala y cruel con él debido a su discapacidad.
Rick Deckard, mientras tanto, comienza la tarea de retirar a los androides Nexus-6. Afortunadamente, encuentra al primer androide, Polokov, cuando intenta imitar a un compañero de policía para acercarse a Rick y matarlo antes de que pueda ser asesinado. Rick se da cuenta de la trama del androide y lo mata rápidamente. Luego dirige su atención hacia Luba Luft, un androide que se hace pasar por una cantante de ópera. Rick encuentra a Luft en la Ópera y la acorrala en su camerino. Administra el Voigt-Kampff, pero considera que Luft es experto en evitar una lectura precisa. Luft lo acusa de agresión y llama a la policía, una acción que Rick cree que la arruinará.
En cambio, Rick descubre que el oficial que lo arresta trabaja para una fuerza policial completamente diferente a la de Rick, una que ni siquiera sabe que existe. Nadie en la fuerza lo conoce y comienzan a acusarlo de ser un androide. Rick es llevado a la oficina de un inspector Garland donde conoce a un compañero cazarrecompensas, Phil Resch. Garland le muestra a Rick que uno de los androides que se supone que debe retirar es, de hecho, él mismo y esto confunde y desorienta a Deckard. Cuando Resch se va a buscar su equipo de prueba, Rick se da cuenta de que Garland es, de hecho, un androide y que este es un departamento de policía de androides en la sombra, construido para observar y realizar un seguimiento de la actividad humana. Cuando Resch regresa, ve el enfrentamiento entre los dos y mata a Garland. Cuando salen juntos de la estación de policía para encontrar a Luba Luft, Rick le dice a Resch que podría ser un androide que no recuerda su vida anterior en Marte. Resch consigue que Rick le prometa que le administrará una prueba después de que retiren a Luft.
Encuentran a Luft en un museo de arte admirando una pintura de Edvard Munch. Mientras llevan a Luft a su aerodeslizador, Resch se enoja y mata a Luft a sangre fría. Rick nota la falta de empatía de Resch y le administra una prueba, pero descubre que, de hecho, es humano. Encontrar a un humano desprovisto de empatía que disfruta de matar por el simple hecho de matar sacude la fe de Rick en su propia capacidad de tener empatía hacia los androides. Decide retirarse de la caza de recompensas.
Mientras John Isidore prepara la cena para Pris Stratton, ella hace comentarios que llevan al lector a creer que ella es, de hecho, una androide. Ella le cuenta a John de su vida anterior en Marte y por qué trató de escapar. Roy e Irmgaard Baty, sus únicos amigos en la tierra, se unen a ellos. Roy había sido un farmacéutico que había intentado encontrar una manera, a través de las drogas, para que los androides tuvieran la experiencia emocional y espiritual del mercerismo. Roy e Irmgaard son escépticos de John al principio, pero luego revelan que son androides y que están siendo cazados por cazarrecompensas. Deciden que Pris podría estar más segura si vive con John y John está encantado con la oportunidad de cuidar una vida, incluso si es una vida de androide.
Usando sus $ 3000 de dinero de recompensa, Rick va y compra una cabra muy cara. Se lo lleva a casa y se lo muestra a Irán, que está encantado con la compra. Rick luego le dice que debido a que siente empatía hacia los androides, ya no puede cazarlos. Pero, cuando Rick se fusiona con Mercer, Mercer le dice que aunque está mal cazar androides, debe hacerlo de todos modos. Luego recibe una llamada de su jefe, el inspector Bryant, diciéndole que se han encontrado los últimos tres androides y que se espera que los retire esa noche.
Rick llama a Rachael Rosen para que lo ayude. Rachael le había ofrecido ayuda porque otros androides podrían estar más dispuestos a hablar con otro androide, lo que le permitió a Rick acercarse a ellos y matarlos. Rachael y Rick se encuentran en un hotel y Rick tiene sexo con ella. Luego le dice que hay un androide que se parece exactamente a ella y que toda la experiencia había sido organizada por la Asociación Rosen para que él sintiera más empatía hacia los androides para que no pudiera retirarlos. Rick descubre que no puede retirar a Rachael Rosen, pero que aún puede continuar e intentar retirar los otros tres Nexus-6, aunque tiene la sensación de que su respuesta empática no le permitirá terminar el trabajo, asegurando así su propia muerte. .
John Isidore tiene la sensación de que los androides lo están utilizando, pero no le importa. Mientras transporta las cosas de Rachael a su propio apartamento, encuentra una araña, un insecto que parece estar extinto. Cuando se lo muestra a los androides, comienzan a torturar a la criatura, arrancándole las piernas, hasta que John finalmente la ahoga para sacarla de su miseria. Al mismo tiempo, Buster Friendly, una personalidad de televisión que se transmite constantemente, revela que ha descubierto que el mercerismo es una completa falsificación, una religión que fue diseñada por un grupo de cineastas de Hollywood. Tanto el incidente de la araña como la noticia de Mercer envían a John al vacío. Intenta fusionarse con Mercer y descubre que Mercer le admite que es un farsante, pero que eso no significa que la religión no tenga ningún valor. Le da a John una araña y John sale del apartamento mientras los otros androides descubren que un cazarrecompensas ha entrado en su edificio.
Rick se encuentra con John Isidore en el techo de su edificio, donde libera a la araña en un parche de maleza. Rick luego entra al edificio para retirar a los androides. Mientras atraviesa el edificio, se encuentra con Mercer, quien le dice que lo que tiene que hacer debe hacerse. En ese momento, una chica que se parece a Rachael Rosen corre hacia él y Rick se da cuenta de que, debido a que se parece a Rachael, está allí para provocar una respuesta empática en él, dando tiempo a los otros androides para matarlo. Dispara su láser y mata a Pris Stratton.
Luego entra al apartamento de John Isidore donde procede a disparar y matar a los dos androides restantes. Cuando Rick abandona la escena y regresa a su edificio de apartamentos, Irán se encuentra con él con la mala noticia de que su cabra está muerta. Una joven había llegado a su apartamento y arrojó a la cabra por un costado del edificio. Rick se da cuenta de que era Rachael Rosen y, molesto, abandona el apartamento.
Vuela al norte de California, donde sale de su auto flotante y se adentra en un paisaje frío y desolado. Empieza a subir una colina y se da cuenta de que pronto adoptará la forma de Mercer. Siente una fusión completa con Mercer que nunca antes había sentido y se da cuenta de lo que significa tener verdadera empatía. Él mismo ha sido derrotado, desterrando toda noción de egoísmo. Cuando regresa a su automóvil, está encantado de encontrar un sapo, un animal que alguna vez se pensó que estaba extinto. Una vez más tiene visiones de todo el dinero y la fama que recibirá al encontrar al animal.
Cuando regresa a su apartamento, Irán descubre que el animal es en realidad mecánico. Sin embargo, en lugar de otra decepción, Rick descubre que con su verdadero sentido de empatía, tal vez podría amar al sapo como si fuera real. La novela termina con Rick quedándose dormido e Irán ordenando suministros para cuidar al sapo como si fuera real.