Рассказ ведётся от лица Алекса, подростка, живущего в будущем обществе, где царит насилие и беспредел. Вместе со своей группой он проводит время в молочном баре «Корова», где употребляют специальное «молоко с ножами» — напиток с наркотическими добавками. Алекс и его друзья одеты в характерную для их субкультуры форму и разговаривают на особом жаргоне. В один из вечеров они совершают ряд жестоких нападений: избивают старика у библиотеки, устраивают грабёж в магазине, участвуют в драках с другими подростками, применяя бритву, а затем совершают налёт на дом писателя, которого избивают и оставляют в луже крови. В доме разбросаны листы с его текстами, в которых говорится о недопустимости превращения человека в механический объект и о важности свободы воли.
На следующий день Алекс остаётся один и наслаждается классической музыкой — Гайдном, Моцартом, Бахом, особенно «Одой к радости», испытывая при этом чувство всемогущества и желание насилия. В тот же день он жестоко расправляется с двумя девушками под звучание своей любимой музыки. Однако на третий день события принимают неприятный оборот: при попытке ограбления пожилой женщины Алекс попадает в руки полиции. Его товарищи уходят, а его задерживают и подвергают избиениям. Пожилая женщина вскоре умирает, а один из заключённых погибает в тюрьме — ответственность за это возлагается на Алекса, и он получает длительный срок заключения, несмотря на свой юный возраст.
В тюрьме он встречается с тюремным священником, который пытается убедить его в важности нравственного выбора, свободы воли и человеческих ценностей. Позже Алексу предлагают пройти экспериментальное лечение, разработанное доктором Бродским, направленное на исправление неисправимых преступников. В течение двух недель его принуждают смотреть фильмы с насилием, сопровождаемые любимой классической музыкой, что вызывает у него отвращение, рвоту и сильные боли. Применяется насильственная терапия с использованием вакцины Людовика, направленная на формирование условных рефлексов, делающих насилие непереносимым для него. По окончании курса он оказывается неспособным даже думать о насилии без физического недомогания, и его выпускают на свободу.
На воле положение Алекса ухудшается: бывшие жертвы, полиция и даже прежние друзья, некоторые из которых теперь работают в правоохранительных органах, избивают его, а он не может дать отпор из-за последствий лечения. К тому же он лишён возможности слушать музыку, которая раньше приносила ему удовольствие, ведь она теперь вызывает мучительные боли. В отчаянии он встречает мужчину, который объясняет ему, что его лишили свободы воли, превратив в «заводной апельсин», и призывает к борьбе за права человека против государственного насилия и тоталитаризма. Этот человек оказывается тем же писателем, на дом которого нападали ранее; тот после событий потерял рассудок, и Алекс снова вынужден применить силу против него. Его товарищи-активисты отвозят Алекса в изолированное место для восстановления.
В период заточения Алекс слышит музыку, которую раньше любил, и испытывает мучительную боль, не имея возможности уйти. В отчаянии он пытается покончить с собой, выпрыгнув из окна больницы. После лечения в медицинском учреждении выясняется, что травма головы разрушила эффекты «лечения» доктора Бродского. Алекс вновь способен к насилию, может слушать музыку и испытывать удовольствие от неё, возвращается к прежнему образу жизни с друзьями, но вскоре начинает чувствовать пустоту и тоску. Он осознаёт, что его желания изменились: теперь ему хочется спокойной жизни, семьи и детей. Понимает, что несмотря на жёсткое прошлое, человек остаётся человеком, а молодость, даже самая тёмная, проходит сама собой. На этом повествование Алекса заканчивается, и он уходит в новую жизнь, напевая знакомую мелодию.
