Кара-Бугазский залив начал исследоваться сравнительно недавно. В 1847 году лейтенант Жеребцов впервые описал особенности природы залива. «Воздух в здешних местах наполнен тончайшей соленой пылью... Синяя морская вода сменилась мертвой и серой водой залива... Вода мало прозрачна. В ней плавают мертвые рыбы, занесенные из моря... Ни травы, ни деревьев нет. Вдоль восточного берега возвышаются унылые горы, а южный берег низок и покрыт множеством соляных озер. Все берега пустынны и не имеют пресной воды... Вода в заливе имеет чрезвычайную соленость и плотность, почему удары волн гораздо сокрушительнее, чем в море... Дождей, по рассказам туркмен, в заливе не бывает. Грунт в заливе весьма примечателен: соль, а под ней известковая глина. Соль особенная, не того состава, что обыкновенная, употребляемая в пищу... Пребывание, даже кратковременное, в водах залива порождает чувство великого одиночества и тоску по местам цветущим и населенным. На всех берегах залива, на протяжении сотен верст... не было встречено ни одного человека...»
Лейтенант Жеребцов готовит правительству доклад, в котором называет Кара-Бугазский залив «вредоносным» (иссушает Каспийское море, в нем много мертвой рыбы) и предлагает «прекратить его существование и превратить в озеро, перегородив узкий пролив дамбой». Он отправляется за советом к известному путешественнику Карелину в городок Гурьев. Карелин, который, пройдя берега Кара-Бугаза незадолго до Жеребцова и свидетельствовавший, что «на Каспийском море нет побережий, столь решительно и во всех отношениях не годных», неожиданно отговаривает Жеребцова от его «безумной затеи». Карелин объясняет, что соль Кара-Бугаза — не что иное, как мирабилит, из которого добывается глауберова соль, которая широко используется в стекольном производстве. По словам Карелина, Кара-Бугаз — величайшее в мире природное месторождение глауберовой соли, так что залив нельзя уничтожать ни в коем случае. Жеребцов рвет свой проект и выбрасывает его в море.
В старости Жеребцов долгое время жил в Подмосковье. К нему наведывается писатель Евсеенко, который на основании рассказов старого моряка пишет небольшие рассказы. Один из них, «Роковая ошибка», посвящен путешествию Жеребцова в Кара-Бугаз. В нем Жеребцов признается, что фабрикант Катык «исправил» ошибку, совершенную Жеребцовым в молодости (т. е. то, что лейтенант признал залив не пригодным для использования). Катык начал разрабатывать месторождение. «Учредил для этого акционерное общество, всех обкрутил; соль не вывозит, а Кара-Бугаз получил от правительства почти в полное свое обладание».
На каникулы к Жеребцову приезжает сын его умершего школьного товарища, «мальчик с серебряной трубкой в горле» (в то время больным дифтерией делался разрез горла, а чтобы потом оперированный мог разговаривать, в разрез вставлялась серебряная трубка). Жеребцов подолгу и охотно рассказывает мальчику о своих плаваниях, а тот внимательно слушает и расспрашивает о подробностях.
Через много лет после смерти Жеребцова Николай Ремизов (мальчик с серебряным горлом) стал первым метеорологом, согласившимся зимовать на метеорологической станции Кара-Бугаз. В январе 1920 года в залив заходит старый пароход «Николай», захваченный белогвардейцами. В трюмах парохода везут на гибель более сотни большевиков. В трюмах стоит вода на тридцать сантиметров. Капитан получает приказ идти в Кара-Бугаз. Он пытается объяснить, что плавание в заливе зимой невозможно (мирабилит осаждается только в холодной воде, поэтому вода залива за очень короткий промежуток времени может разъесть железное днище корабля), что там нет огней, но есть множество рифов, налетев на которые судно потонет. Однако деникинский офицер приказывает идти «в пустынное море». Там есть безлюдный остров, изобилующий змеями. Ни один пароход не сможет пристать к острову, поскольку там нет якорных стоянок. Офицер распоряжается готовить шлюпки, чтобы выбросить заключенных на берег.
Море штормит, людей в трюмах швыряет от борта к борту, все мучаются морской болезнью. Среди заключенных — геолог Шацкий, попавшийся случайно (его заподозрили в шпионаже). Шацкий возглавлял экспедицию по определению возможностей добычи в Кара-Бугазском районе пресной воды. Он определил, что каменные россыпи являются природными конденсаторами паров из воздуха, быстро остывающих ночью. Камни вбирают влагу, пропускают ее вниз и хранят под своими слоями. В Петровске Шацкого арестовали. Его в числе прочих три раза водили на расстрел, но он каждый раз оставался в числе счастливчиков, на которых не выпал жребий. После третьего «расстрела» Шацкий поседел. Во время трагического плавания в трюме парохода Шацкий знакомится с Миллером, эстонцем, убежденным большевиком, молодым еще человеком, который поражает своих старших товарищей выдержкой, отвагой, непримиримостью. Его уважают даже деникинцы.
Белогвардейцы высаживают заключенных на остров без еды и воды. Десять человек еще на пароходе умерло от сыпного тифа, и трупы плавали в воде по соседству с живыми. Почти все оставшиеся в живых больны. Ночью на острове умирает еще двадцать человек. Трое студентов пытаются переплыть узкий пролив, отделяющий остров от материка. Их шатает и мутит, они тонут у самого берега. Миллер берет на себя руководство действиями фактически обреченных людей. Он распоряжается, чтобы развели костры (у огня можно обогреться, а кроме того, дым могут заметить с материка и прийти на помощь). Миллер приказывает сосать ночью камушки-голыши, потому что на них, по словам Шацкоко, конденсируется влага. Проходит пять суток. В живых остаются только пятнадцать человек. С берега костры замечают киргизы и дают знать Ремизову. Он пускается в сопровождении одного из местных киргизов и своего товарища, сторожа Арьянца, вплавь на лодке по штормящему проливу на остров. Ремизов спасает оставшихся в живых, а Миллера, Шацкого и учительницу-армянку забирает к себе. Шацкий сошел с ума. Хотя ему всего тридцать два года, у него лицо старика. У Шацкого непрекращающийся бред, ему кажется, что американцы нашли способ развязывать психическую энергию, залегающую в геологических пластах, обращать ее во зло и с ее помощью задумали стереть с лица Земли Советское государство. Шацкий стремится как можно скорее сообщить о своем «открытии» в Совнарком.
Рассказчик вместе с геологом Прокофьевым обдумывает, как ему организовать экспедицию в Кара-Бугаз. Там строится трест, предприятие по переработке мирабилита. Дельные советы дает рассказчику инженер Хоробрых, большой знаток этих мест, смелый и очень опытный человек. Прокофьев тоже делится своим опытом путешествий в районе Кара-Бугаза, даже отдает рассказчику небольшой художественный очерк о нравах местного населения. В очерке говорится, что когда Прокофьев только приехал в Кара-Бугаз, он поселился в кибитке вдовы Начар, афганки. Через некоторое время Прокофьев узнал, что Начар в детстве украли у родителей и продали бедняку Мураду, который по достижении Начар пятнадцати лет женился на ней. Первый год у нее не было детей, муж за это жестоко избивал ее. Потом родился мальчик, что являлось хорошим предзнаменованием, и жить Начар стало легче. Потом родилась девочка, но умер муж, и у вдовы, по законам шариата, отняли всех овец, фактически обрекая на голод. Затем у Начар украли дочь, а мальчишки стали забрасывать женщину навозом. Когда Начар пытается расспросить соседей о судьбе дочери, мужчины принимаются избивать ее. Начар отправляется к большевикам, чтобы они заступились за нее, но старики догоняют ее, избивают и возвращают обратно, угрожая убить. Начар решает бежать прочь вместе с сыном, просит Прокофьева помочь ей. Экспедиция снимается, берет Начар с собой, переходит на другое место, правда, при этом Прокофьеву приходится применить силу, поскольку местные жители, тэриакеши, работающие на Прокофьева, отказываются помогать вдове. Прокофьев привозит Начар в Красноводск, передает заведующей женотделом. Бариль. Та устраивает Начар швеей, составляет исковое заявление в суд. Спустя некоторое время Прокофьев выступает на суде свидетелем обвинения против стариков, избивавших Начар. Ни один из подсудимых не раскаивается в содеянном, считая случившееся в порядке вещей. Они получают срок заключения в соответствии с законом.