Mo y Resa Folchart leen el cuento de "Caperucita Roja" a su hija bebé, Meggie, cuando de repente una capucha de terciopelo rojo aparece de la nada. Doce años después, Meggie visita una vieja librería en Europa con su padre, sin saber que él está buscando en secreto un ejemplar del libro Corazón de tinta. Poco después de que Mo encuentra el libro, Meggie se topa con una comadreja con cuernos afuera de la tienda, la cual intenta morderle los dedos. Un hombre aparece entre las sombras, afirmando ser un viejo amigo. Mo sale de la tienda y reconoce al hombre como Dedo Polvoriento, quien rápidamente le pide que lo "lea de vuelta dentro del libro". Mo huye con Meggie.

Mo lleva a Meggie a visitar a su tía abuela Elinor en Italia. Allí le cuenta a Meggie que, nueve años atrás, mientras le leía Corazón de tinta, trajo accidentalmente a Dedo Polvoriento del libro al mundo real, gracias a un don que poseía desde su nacimiento. Desafortunadamente, el villano del libro, Capricornio, y uno de sus secuaces, Basta, también fueron sacados del libro. Al huir con su hija recién nacida, Mo se da cuenta de que Resa ha sido absorbida dentro del libro. Capricornio llega con Basta, quienes capturan al grupo, destruyen la biblioteca de Elinor y se llevan Corazón de tinta. Mo, Meggie y Elinor son llevados al nuevo castillo de Capricornio en el mundo real.

La batalla por la libertad

Durante su cautiverio, Mo explica su don a Meggie y Elinor, diciendo que cuando lee a una persona u objeto fuera de un libro, alguien del mundo real es enviado dentro de él, lo que explica la desaparición de su esposa. Capricornio obliga a Mo a usar su don, obteniendo tesoros de las historias de Las mil y una noches y encarcelando a Farid, uno de los 40 ladrones. Dedo Polvoriento, quien había sido prometido a regresar al libro, es traicionado por Capricornio. El grupo logra escapar utilizando el tornado de El maravilloso mago de O.

Elinor decide regresar para recuperar lo que queda de su biblioteca, mientras los demás se dirigen a Alassio, el pueblo del autor de Corazón de tinta, Fenoglio, quien podría tener otra copia del libro. Aunque al principio Dedo Polvoriento tiene miedo de descubrir su destino en el libro, finalmente se une al grupo. Al conocer a Fenoglio, la reacción eufórica del autor al ver a su creación viva lleva a Dedo Polvoriento a descubrir que morirá al final del libro intentando salvar a su comadreja, Gwin. Furioso, reprende a Fenoglio, pero finalmente le cuenta a Mo que Resa está atrapada en el castillo y ha perdido su voz.

Mo y Dedo Polvoriento toman el coche de Fenoglio y Farid se esconde en el maletero. En la casa de Fenoglio, Meggie empieza a leer en voz alta y trae a Toto de El mago de Oz. Basta irrumpe con sus hombres y llevan al grupo ante Capricornio. Elinor, tras decidir quedarse, se da cuenta de que algo anda mal y los sigue. En el castillo, Capricornio ordena a Meggie que traiga al monstruo llamado la Sombra desde Corazón de tinta, y amenaza con hacer daño a Resa si no obedece. Mo se infiltra en el castillo. Dedo Polvoriento es capturado, pero logra escapar cuando Meggie le informa de las intenciones de Capricornio.

Mo intenta liberar a Meggie y a los demás, mientras Capricornio la obliga a leer a la Sombra fuera del libro. Dedo Polvoriento regresa al castillo con Farid y lo incendia. La distracción permite que Fenoglio le entregue a Meggie una parte reescrita de Corazón de tinta que debería ayudar a detener el plan de Capricornio. Mientras Elinor llega con las criaturas que Capricornio tenía prisioneras, Meggie escribe la historia en su brazo. Al leerla, Capricornio se convierte en cenizas cuando la Sombra lo devora, sus secuaces desaparecen, la Sombra explota y todas las criaturas que habían sido leídas fuera del libro son devueltas a su lugar. Además, Meggie cumple el deseo de Fenoglio de vivir en el mundo que creó, mientras se reúne con Mo y Resa, a quien se le ha restaurado la voz. Dedo Polvoriento también es devuelto a *Corazón de tinta*, donde se reencuentra con su esposa Roxanne.

En el mundo real, Farid revela que mantuvo a Gwin con él, lo que permitió que Dedo Polvoriento evitara su propia muerte. Mientras Mo y su familia se van con Farid, Meggie acepta enseñarle a leer y Farid promete enseñarle a usar el aliento de dragón, la habilidad de escupir fuego de Dedo Polvoriento que él aprendió.