La historia comienza con una serie de cartas entre Nathanael, su prometida Clara y su hermano Lothar. Nathanael describe un miedo infantil a una criatura llamada The Sandman que se decía que venía de noche y robaba los ojos de los niños, que se entremezclaba con la aparición de un hombre llamado Coppelius en la habitación de su padre algunas noches para trabajar en lo que parece haber sido alquimia. Este hombre una vez atacó a Natanael, amenazando con quitarle los ojos, y luego mató a su padre antes de desaparecer.
Natanael se ha encontrado con un hombre, Coppola, en la universidad, a quien cree que en realidad es el mismo hombre malvado de su infancia. Al contarle esto a Clara y Lothar, intentan convencerlo de que es un engaño infantil y continúan esperando que recupere el sentido mientras esté en casa. Si bien a veces parece haberse olvidado de Coppelius y Coppola, tiene períodos en los que es todo lo que piensa o habla, incluso acercándose a un duelo con Lothar después de que ataca a Clara por llamar a su historia una locura.
Nathanael regresa a la universidad y conoce a la hija de uno de sus profesores, una chica hermosa pero extraña llamada Olimpia. Se vuelve increíblemente fascinado y enamorado de ella, aparentemente olvidándose de Coppelius, Coppola e incluso de Clara y Lothar. Sin embargo, un día escucha una conmoción y ve que son el profesor y Coppola peleando por el cuerpo de Olimpia, discutiendo sobre quién ha hecho qué partes de ella; Nathanael se da cuenta de que Olimpia ha sido una muñeca todo el tiempo. Nathanael regresa a casa una vez más y parece curado, pero cuando él y Clara salen a caminar un día, intenta tirarla al suelo como una muñeca y Lothar debe correr para salvar a su hermana.
La historia termina con Nathanael saltando de un parapeto hacia su muerte, mientras Coppelius observa una escena doméstica final de Clara, viviendo felizmente con otro esposo años después.