Micromégas est un géant de trente-deux kilomètres de haut, jeune savant parlant mille langues, vivant quelques millions d’années et habitant une gigantesque planète de l’étoile nommée Sirius. À la suite de travaux scientifiques contestés par les fanatiques du clergé de sa planète, il est contraint à l’exil. C’est alors qu’il voyage dans l’univers en espérant découvrir un monde meilleur. À son arrivée sur Saturne, le géant sirien se moque d’abord de la petite taille des habitants, qui ne mesurent que deux kilomètres de haut. Il perd néanmoins ce sentiment de supériorité en s’apercevant « qu’un être pensant peut fort bien n’être pas ridicule pour n’avoir que six mille pieds de haut » et se lie d’amitié avec le secrétaire de l’Académie des Sciences, un « nain » dans les yeux du sirien, désabusé par les femmes et la bêtise de son propre monde, qui lui servira de Candide. Inférieur en tout à Micromégas mais bon compagnon de voyage et très motivé pour suivre ce dernier dans sa quête initiatique.

Ensemble les deux compagnons visitent brièvement Jupiter puis Mars. Par peur de ne trouver meilleur endroit à visiter, ils se décident finalement à échouer sur la Terre. Ils pensent au départ que cette planète est inhabitée en raison de la différence de taille avec leurs propres mondes. Mais après avoir cassé le fil de son collier, Micromégas se rend compte en ramassant les diamants que ceux-ci font office de loupe; ainsi le Sirien et le « nain » découvrent l'espèce humaine. Arrivés en plein océan arctique, ils rencontrent un navire qui revient d’une exploration du cercle polaire. Saisissant le bateau dans sa main, Micromégas entreprend de communiquer avec les savants du bord, qui apparaissent comme autant d’insectes conscients. S’ils parlent fort bien de sciences ou de métaphysique, ces microbes hélas, sont plus inquiétants lorsqu’ils évoquent des massacres et un prétendu pouvoir infini qu’un dieu leur octroya un jour et vont même jusqu'à soutenir aux deux géants que l'univers entier a été créé par Dieu pour les hommes.

Effrayés et déçus par ces petits hommes grotesques et imbus d’eux-mêmes, les deux géants reprennent leur route interstellaire en laissant tout de même à la Terre un livre, qui apparait finalement vierge aux terriens. Enfin la métaphysique est vaine parce que l'homme ne peut trouver de solution à un Univers qui le dépasse, c'est le sens de la parabole du livre blanc qui clôt le conte. L'homme doit esquiver la tentation de rechercher la vérité absolue : la raison du monde échappe à l'intelligence humaine. Micromégas s'achève sur une leçon d'humilité.