La ville, jadis sanctuaire de factions ordonnées, est désormais fracturée et ensanglantée, sous le joug d'Evelyn Johnson-Eaton et de ses Sans-Faction, qui ont démantelé l'ancien système d'une main de fer. Beatrice « Tris » Prior, accompagnée de Tobias « Four » Eaton et de leurs plus proches compagnons, se retrouve à naviguer dans un contexte périlleux, fait d'allégeances changeantes et de ressentiments latents. La révélation de la vidéo d'Edith Prior, exposant leur société entière comme une expérience, a anéanti toutes leurs certitudes, les laissant désespérés et en quête de réponses au-delà des murs de la ville.
Une nouvelle rébellion, l'Allégeant, renaît de ses cendres, déterminée à restaurer le système des factions et à accomplir le mystérieux dessein suggéré par le message d'Edith : envoyer des individus Divergents hors de la barrière. Tris, Tobias, Christina et d'autres sont choisis pour une expédition périlleuse, une fuite face au régime oppressif d'Evelyn et à la violence grandissante qui ravage la ville. Leur périple au-delà de la frontière longtemps interdite est semé d'embûches, et conduit à la perte tragique de Tori Wu. Finalement, ils sont secourus par des soldats dotés d'une technologie de pointe.
Ils découvrent un monde bien plus vaste et complexe qu'ils ne l'avaient jamais imaginé : le Bureau du Bien-être Génétique, dissimulé derrière un écran de fumée. Là, David, le directeur du Bureau, leur révèle une vérité stupéfiante : leur ville, Chicago, n'est qu'une des nombreuses enclaves expérimentales conçues pour réparer les gènes humains endommagés par une dévastatrice « Guerre de Pureté » qui a ravagé la planète il y a des générations. Les Divergents, comme Tris, sont l'aboutissement de cette expérience, considérés comme génétiquement purs, tandis que la majorité de la population de la ville est « génétiquement endommagée ». David remet même à Tris le journal de sa mère, Natalie, révélant son passé de réfugiée ayant rejoint le Bureau et s'étant portée volontaire pour l'expérience de Chicago.
Cependant, les intentions du Bureau sont loin d'être aussi bienveillantes qu'elles n'y paraissent. Tobias découvre que le Bureau enlève des enfants dans les villages des Terres désolées et efface leurs souvenirs, un écho glaçant du contrôle qu'ils exercent. Il apprend également l'existence d'un complot visant à répandre des sérums d'effacement de mémoire sur la population de Chicago afin de sauver leur expérience, un plan que David compte bien mettre à exécution. Cette révélation suscite une profonde méfiance chez Tobias, qui est en proie à des doutes sur sa propre identité, ayant appris qu'il n'est pas génétiquement pur.
Alors que Tris s'enfonce davantage dans les opérations du Bureau, elle se retrouve prise dans les conflits internes de cette nouvelle société. Nita, une rebelle du Bureau, manipule Tobias pour qu'il l'aide à voler un sérum mortel, dans le but de l'utiliser pour assassiner quelqu'un. Tris, cependant, est déterminée à empêcher qu'une telle arme dévastatrice ne soit utilisée. Elle élabore son propre plan désespéré pour exposer les agissements du Bureau et les empêcher d'effacer la mémoire de tous les habitants de Chicago.
Une confrontation éprouvante s'ensuit au Laboratoire d'Armes. Tris, armée du sérum de mémoire, affronte David, qui tente de l'arrêter. Dans un acte d'altruisme, elle résiste au sérum mortel qui, miraculeusement, ne la tue pas, preuve de sa Divergence unique. Mais alors qu'elle s'apprête à libérer le sérum de mémoire, David lui tire dessus. Tris succombe à ses blessures, ses derniers instants hantés par des visions de sa mère.
De retour à Chicago, Tobias, Christina et Peter reviennent avec des antisérums, pour apprendre la mort de Tris par Cara. Dévasté et perdu, Tobias est sur le point de céder à la tentation d'effacer ses propres souvenirs de Tris avec un sérum de mémoire, mais Christina intervient. Pendant ce temps, Evelyn, convaincue par Tobias d'éviter une nouvelle guerre, négocie la paix avec les Allégeants, ce qui lui vaut un exil de deux ans et la promesse d'un nouveau leadership pour Chicago. Peter, lui aussi, choisit d'effacer ses souvenirs, en quête d'un nouveau départ.
Deux ans et demi s'écoulent. Chicago rouvre ses portes, une ville reconstruite et unifiée, où la pureté génétique ne détermine plus la valeur d'une personne. Tobias, désormais conseiller municipal adjoint, accueille Evelyn de retour de son exil. Lors d'un nouveau Jour du Choix, dans un geste poignant de souvenir et d'acceptation, Tobias se jette en tyrolienne depuis le bâtiment Hancock, dispersant les cendres de Tris sur la ville qu'elle a sauvée au péril de sa vie. Il porte son souvenir, non comme un fardeau, mais comme un témoignage de son sacrifice, acceptant enfin l'avenir et trouvant du réconfort dans les liens indéfectibles qui l'unissent à ses amis.
