Профессор Вагнер пригласил на подмосковную дачу своего знакомого, от лица которого ведётся рассказ. Вагнер посоветовал ему заночевать у хозяйки местной мельницы Анны Тарасовны Гуликовой. Её мельница стояла на небольшой реке Илевка, которая пересохла и уже не могла вращать жернова. Даже местный крестьянин, который привёз рожь для помола, был прогнан от мельницы прочь.
Гуликова пригласила гостя в дом. Вскоре пришёл профессор Вагнер и попросил хозяйку разрешить ему осмотреть мельницу. Осмотрев сооружение, он пообещал поставить маленький двигатель, который будет вращать мельничное колесо, но при условии: «ящик с двигателем открывать ни в коем случае нельзя». Анна Тарасовна согласилась.
Вагнер поставил двигатель в закрытом ящике, от которого отходила труба. Через несколько минут двигатель заработал, и рассказчик услышал, как медленно заворочались жернова. Он посмотрел на трубу, поднимающуюся над крышей, но не заметил над ней ни дыма, ни пара.
Профессор отправился на станцию и сказал, что вернется на самобежке. Вскоре раздался душераздирающий крик Гуликовой. Забежав внутрь, рассказчик увидел, что женщина лежит возле коробки с двигателем без сознания. Рассказчик побежал за водой, а Тарасовна пришла в себя и отправилась в сельсовет.
Выслушав Анну Тарасовну, председатель окликнул милиционера, и все дружно двинулись к мельнице. Там представители власти осмотрели двигатели и сильно удивились: в ящике была настоящая человеческая рука, которая вращала колесо, прикреплённое к жерновам. В локтевом суставе рука была прикреплена к металлическому цилиндру, соединенному с трубой, выходящей наружу.
Сначала милиционеру показалось, что рука принадлежит живому человеку. Однако вскоре он убедился, что человек в ящике не поместиться. Милиционер спросил, кто сделал такой двигатель. Узнав, что это творение профессора Вагнера, он вызвался арестовать и допросить учёного.
К вечеру приехал сам Вагнер. Его экипаж был похож на длинный канцелярский стол, покрытый сукном и поверху огороженный дощатой или железной стенкой сантиметров пятьдесят высоты. Толпа, предводительствуемая председателем сельсовета, окружила самобежку. Неожиданно порыв ветра поднял край сукна, которым она была завешена. Крик ужаса прокатился по толпе, а Вагнер и рассказчик, сидя на самобежке, двинулись вперёд, набирая скорость.
Милиционер начал преследовать героев на мотоцикле. Тележка Вагнера продолжала ехать с той же скоростью. Когда милиционер уже почти их догнал, Вагнер сделал очень резкий вираж, который был не под силу ни одному автомобилю, милиционер не успел сдержать мотоцикл и проскочил мимо.
После длительной погони Вагнер решил всё-таки сдаться властям и показал, чем была запряжена его самобежка. Её «колёсами» оказались три пары голых человеческих ног, которые он взял в анатомическом театре.
Профессор рассказал, как устроена его самобежка. В мышцах нашли особое вещество — гликоген. Сокращаясь, мышца перерабатывает гликоген в молочную кислоту, при этом выделяется теплота, то есть свободная энергия. При превращении гликогена в один грамм молочной кислоты освобождается сто семьдесят калорий. Когда в работающей мышце появляется гликоген, то без кислорода молочная кислота исчезнуть не может, и мышца не в силах дальше работать. Но стоит насытить такую утомлённую мышцу кислородом, и молочная кислота тотчас исчезнет. Труба же была нужна, чтобы обеспечивать мышцу чистым воздухом.
Вагнер предъявил все необходимые бумажки из Москвы, и они оказались убедительными. Тарасовна попросила его убрать поскорее с мельницы мёртвую руку. Сильный дождь поднял воду речонки, и жернова мельницы снова заработали в привычном режиме. Руку, несмотря на протест Вагнера, отнесли на кладбище и закопали.