Рассказчик заявляет, что готов изложить подробности дела, которое вызвало бурные дискуссии. Оно связано с так называемым месмеризмом, паранаучной практикой помещения субъекта в гипнотическое состояние, посредством «животного магнетизма». Позднее месмеризм стал основой гипноза. Рассказчик довольно опытный месмерист, однако его занимает один опыт, который, по-видимому, никем ещё не проводился. Он хочет узнать, как влияет месмерическое состояние на процесс умирания человека — замедляется или, наоборот, ускоряется этот процесс? можно ли остановить смерть? Рассказчик решается провести опыт на своем знакомом — мистере Эрнесте Вальдемаре.
Мистер Вальдемар смертельно болен, он в последней стадии чахотки. К нему приходит рассказчик и предлагает ему стать подопытной крысой. Вальдемар соглашается. Они зовут в свидетели докторов Д. и Ф., которые лечили Вальдемара, и молодого мистера Л.-л.-а, студента. Когда наступает смертный час мистера Вальдемара, рассказчик начинает своё колдовство. Вальдемар умирает и несколько часов не подаёт никаких признаков жизни, но потом вдруг сквозь сон начинает говорить. Сначала он говорит, что спит, и просит его оставить в покое, дать ему умереть. Потом с ним происходит резкая перемена: румянец сходит с щек, рот открывается, верхняя губа закручивается, обнажается чёрный распухший язык. На вопрос магнетизера, спит ли он, раздается глухой голос, будто из-под земли «Раньше я спал, а теперь я умер». Свидетели поражаются этим необыкновенным зрелищем.
В таком состоянии сна, полузабытья, гипноза, транса Вальдемар проводит семь месяцев. За ним ухаживают его служащие и свидетели опыта. Наконец, магнетизер решается «разбудить» его, и снова спрашивает пациента, что тот чувствует. В этот момент мистер Вальдемар начинает кричать, что он умер и не может больше здесь находиться. Он просит разбудить себя или усыпить. Мистер Вальдемар продолжает кричать «Умер! Умер!» Рассказчик проделывает свои месмерические пассы и выводит Вальдемара из его состояния. Тогда его тело начинает гнить и разлагается за несколько секунд. Перед свидетелями остаётся отвратительная, гниющая масса.