Главные герои рассказа — жители планет Сириуса и Сатурна. Микромегас, молодой представитель сирианцев, достигший 450 лет и находящийся на пороге зрелости, посвятил себя анатомическим исследованиям и написал труд по этой теме. Муфтий его страны, ленивый и невежественный человек, сочёл книгу Микромегаса подозрительной, дерзкой и еретической, вследствие чего начал преследовать учёного. Книга была запрещена, а автор получил запрет появляться при дворе в течение 800 лет. Микромегас не расстроился из-за изгнания из двора, который погряз в суете и низменных делах, и отправился в путешествие по планетам. Объездив весь Млечный Путь, он прибыл на планету Сатурн, где местные жители казались крошечными по сравнению с ним, поскольку его рост составлял 120 тысяч футов. После того как сатурнийцы перестали удивляться его величине, Микромегас сблизился с ними. Секретарь сатурнийской академии, человек с глубоким умом и умением точно излагать чужие идеи, подружился с гостем, который пояснил, что его цель — поиск знаний, способных просветить его. Путешественник поинтересовался, сколько органов чувств есть у жителей Сатурна, и получил ответ, что их семьдесят два, и при этом они считают это недостаточным. Микромегас отметил, что у людей около тысячи чувств, однако у них всегда остаётся чувство ничтожности и осознание существования существ, превосходящих их. При вопросе о продолжительности жизни сатурнийцы сообщили, что живут около пятнадцати тысяч лет, что для них мимолётно, поскольку смерть приходит раньше, чем приходит опыт. Великан признал сходство с их собственным положением, добавив, что хоть их жизнь и в семьсот раз длиннее, смерть приравнивает существование к одному моменту. Обменявшись знаниями и признавая свои ограничения, они решили совершить небольшое философское путешествие.
Проведя год на Юпитере и узнав множество интересных тайн, которые могли бы быть опубликованы, если бы не цензура, они направились к Марсу. Затем путешественники достигли Земли, приземлившись на северном берегу Балтийского моря пятого июля 1737 года. Желая познакомиться с этой маленькой страной, они сначала переместились с севера на юг, обойдя всю территорию за тридцать шесть часов. Вернувшись к исходной точке, они пересекли море, едва заметное для их глаз и называемое Средиземным, а затем прошли через Великий океан, который для карлика был по колено, а для Микромегаса — лишь небольшое омовение пятки. Долго споря о том, обитаема ли планета, Микромегас, разгорячившись, порвал своё бриллиантовое ожерелье. Сатурниец, рассмотрев его осколки, обнаружил, что они служат великолепными микроскопами. С их помощью путешественники нашли кита и корабль с учёными, возвращавшимися из экспедиции. Микромегас подхватил судно и аккуратно положил его на ноготь. Пассажиры и экипаж, не понимая происходящего, приняли это за ураган и выброску на скалу, что вызвало панику. Однако микроскоп оказался недостаточно мощным, чтобы рассмотреть столь мелких существ, как люди. Тем не менее, Микромегас разглядел неясные фигурки, которые двигались и разговаривали. Он предположил, что речь свидетельствует о наличии мыслительной деятельности, а значит, и души, однако идея о душе у столь маленьких существ казалась ему странной. Услышав, что их речь разумна, спутники посчитали эту загадку природы необъяснимой. Тогда сатурниец с более мягким голосом с помощью рупора, сделанного из ногтя Микромегаса, кратко объяснил людям, кто они такие. В ответ он задал им вопросы о том, всегда ли они пребывали в столь жалком состоянии, что они делают на планете, хозяевами которой, видимо, являются киты, испытывают ли счастье и имеют ли душу, а также множество других вопросов. Самый разговорчивый и смелый из землян, оскорблённый сомнением в наличии души, возразил, что, имея рост в пять тысяч туазов (около двух метров каждый), он не может быть недостойным. Его прервал сатурниец, удивлённый точностью измерения, который подтвердил рост Микромегаса. Путешественники, услышав это, были поражены. Микромегас заключил, что существа, обладающие столь малым телом и, по всей видимости, духовной природой, должны жить в любви и покое. В ответ один из философов возразил, что в них больше материи, чем нужно для совершения зла, и рассказал, что в настоящее время сотни тысяч безумцев убивают друг друга, носив при этом шляпы и чалмы, и что подобное продолжается с незапамятных времён. Микромегас, возмущённый этим, выразил желание уничтожить этот муравейник насилия. Ему ответили, что не стоит прилагать усилия, так как люди сами стремятся к самоуничтожению, а наказанию подлежат не все, а лишь бесчеловечные правители, отдающие приказы об убийствах. После этого путешественник ощутил сострадание к человечеству, проявляющему столь удивительные противоречия. Он пообещал создать для землян превосходное философское сочинение, раскрывающее смысл всех вещей. Перед отъездом он действительно передал им этот труд, отправленный в Париж в Академию наук. Однако, когда секретарь открыл книгу, она оказалась пустой, что подтвердило его прежние сомнения.
