La ciudad, otrora santuario de facciones ordenadas, ahora yace fracturada y sangrante, gobernada por Evelyn Johnson-Eaton y sus Sin Facción, quienes han desmantelado el antiguo sistema con mano de hierro. Beatrice "Tris" Prior, junto a Tobias "Cuatro" Eaton y sus compañeros más cercanos, se encuentra navegando por un terreno traicionero de lealtades cambiantes y resentimientos latentes. La revelación del video de Edith Prior, que expone a toda su sociedad como un experimento, ha destrozado todas las verdades que alguna vez consideraron valiosas, dejándolos desesperados por encontrar respuestas más allá de los muros de la ciudad.
Una nueva rebelión, los Leales, surge de las cenizas, decidida a restaurar el sistema de facciones y cumplir el misterioso propósito insinuado en el mensaje de Edith: enviar individuos Divergentes fuera de la valla. Tris, Tobias, Christina y otros son elegidos para una peligrosa expedición, una huida del régimen opresivo de Evelyn y la creciente violencia en la ciudad. Su viaje más allá de la frontera prohibida durante tanto tiempo está plagado de peligros, lo que lleva a la desgarradora pérdida de Tori Wu, pero finalmente son rescatados por soldados con tecnología avanzada.
Son introducidos en un mundo mucho más grandioso y complejo de lo que jamás imaginaron: la Oficina de Bienestar Genético, oculta tras un escudo de camuflaje. Allí, David, el líder de la Oficina, revela la asombrosa verdad: su ciudad, Chicago, es solo uno de varios enclaves experimentales, diseñados para reparar genes humanos dañados por una devastadora «Guerra de la Pureza» que asoló el planeta generaciones atrás. Los Divergentes, como Tris, son la culminación de este experimento, considerados genéticamente puros, mientras que la mayoría de la población dentro de la ciudad está «genéticamente dañada». David incluso le entrega a Tris el diario de su madre, Natalie, revelando su pasado como refugiada que se unió a la Oficina y se ofreció como voluntaria para el experimento de Chicago.
Sin embargo, las intenciones de la Oficina no son tan benévolas como parecen en un principio. Tobias descubre que la Oficina está secuestrando niños de las aldeas desoladas y borrando sus recuerdos, un escalofriante reflejo del control que ejercen. También se entera de un complot para liberar sueros que borran la memoria en la población de Chicago para salvar su experimento, un plan que David pretende llevar a cabo. Esta revelación despierta una profunda desconfianza en Tobias, quien lucha con su propia identidad, tras haberle dicho que no es genéticamente puro.
Mientras Tris profundiza en las operaciones de la Oficina, se ve envuelta en los conflictos internos de esta nueva sociedad. Nita, una rebelde de la Oficina, manipula a Tobias para que la ayude a robar un suero de la muerte, con la intención de usarlo para asesinar. Sin embargo, Tris está decidida a impedir que se desate un arma tan devastadora. Formula su propio plan desesperado para exponer las acciones de la Oficina e impedir que borren la memoria de todos en Chicago.
Se produce un enfrentamiento angustioso en el Laboratorio de Armas. Tris, armada con el suero de la memoria, se enfrenta a David, quien intenta detenerla. En un acto de altruismo, ella se somete al suero de la muerte, que, sorprendentemente, no la mata, prueba de su singular Divergencia. Pero cuando se prepara para liberar el suero de la memoria, David le dispara. Tris sucumbe a sus heridas, y sus últimos momentos están plagados de visiones de su madre.
De vuelta en Chicago, Tobias, Christina y Peter regresan con antisueros, solo para enterarse de la muerte de Tris por Cara. Devastado y perdido, Tobias casi sucumbe al impulso de borrar sus propios recuerdos de Tris con un suero de la memoria, pero Christina interviene. Mientras tanto, Evelyn, convencida por Tobias para evitar una guerra mayor, negocia la paz con los Leales, lo que conlleva dos años de exilio y la promesa de un nuevo liderazgo para Chicago. Peter también decide borrar sus recuerdos, buscando un nuevo comienzo.
Pasan dos años y medio. Chicago reabre sus puertas, una ciudad reconstruida y unificada, donde la pureza genética ya no determina el valor. Tobias, ahora miembro asistente del consejo, le da la bienvenida a Evelyn tras su exilio. En un nuevo Día de la Elección, en un emotivo acto de recuerdo y aceptación, Tobias se lanza en tirolesa desde el Edificio Hancock, esparciendo las cenizas de Tris sobre la ciudad que ella salvó con su vida. Lleva su memoria consigo, no como una carga, sino como un testimonio de su sacrificio, aceptando finalmente el futuro y encontrando consuelo en los lazos perdurables con sus amigos.
