Le roman nous mène d’un crime à un autre : celui de Grandmorin, président d’une compagnie de chemins de fer, par Roubaud, sous-chef de la gare du Havre, à celui de son épouse Séverine, par le mécanicien de locomotive Jacques Lantier. Le premier crime s’explique par la jalousie de Roubaud qui a découvert que Grandmorin a été l’amant de sa femme. Il assassine donc Grandmorin dans le train Paris-Le Havre à coups de couteau. Mais Jacques a la vision hallucinante du crime alors qu’il se trouve à la campagne sur le bord de la voie, à la Croix-de-Maufras, lieu où Zola concentre tous les événements dramatiques du roman. Grandmorin appartenant à la classe dirigeante, la justice étouffe l’affaire. Au fil des allers et retours entre Paris et Le Havre, Jacques fréquente de plus en plus Roubaud et Séverine. Jacques devient l’amant de Séverine.
Jacques apprend par Séverine le comportement violent de Roubaud et les détails du meurtre de
Grandmorin qu’ils ont perpétré. Roubaud faisant obstacle au bonheur de Séverine, celle-ci incite Jacques à le tuer. Une tentative nocturne échoue.
Flore Misard, fille des gardes-barrières de la Croix-de-Maufras, amoureuse de Jacques et jalouse, provoque avec une charrette de pierres le déraillement du train Le Havre-Paris que conduit Jacques. Jacques est dégagé, mais La Lison est morte.
Jacques reconnaît Flore comme l’auteur du déraillement. Voyant que cet acte n’a servi à rien puisque Séverine est sauve, Flore met fin à ses jours en se jetant sous un train dans le tunnel voisin. Amoureuse de Jacques, Séverine le pousse toujours à assassiner Roubaud. Elle a en fait réveillé les pulsions meurtrières de Jacques par le récit du meurtre de Grandmorin, et c’est elle qui en devient victime, puisque Jacques la