Париж, Франция. Профессор-хирург Керн тайно занимается успешными экспериментами по воскрешению человеческой головы. Мари Лоран, новая ассистентка в его частной клинике, случайно выясняет, что успехи Керна связаны с головой его покойного наставника, известного профессора Доуэля, который умер при загадочных обстоятельствах. Керн скрывает существование оживлённой головы и заставляет её работать на себя.

Многие работы Беляева создавались в необычных обстоятельствах. Вспоминая процесс написания романа «Голова профессора Доуэля», автор отмечал, что это произведение во многом отражает его собственную жизнь. «Болезнь заставила меня провести три с половиной года в гипсовой постели, – делился Беляев. – Этот период сопровождался параличом нижней части тела. Несмотря на то, что я мог двигать руками, моя жизнь в те годы была подобна существованию „головы без тела“, которую я совершенно не ощущал… Именно тогда я задумался и переосмыслил все, что может пережить „человек без тела“».