Il romanzo è ambientato in una città di provincia della Russia e tratta delle vicende della famiglia Karamazov e dei complessi rapporti tra il padre e i figli.
Il racconto può essere articolato in tre parti fondamentali.
Nella prima parte viene delineato il profilo dei personaggi principali tramite una successione di avvenimenti drammatici, nei quali si manifestano i sentimenti dei figli verso il padre (di disprezzo e di odio, ma anche di consapevolezza di essere "fatti della stessa pasta") e in tal modo anche i caratteri, complessi e contradditori dei protagonisti: Dimitri impulsivo e "animalesco" ma trascinato anche dalla passione e dall’amore; Ivan cinico e riflessivo, ma anche angosciato da un profondo senso di colpa e di disperazione (per il dolore dell’umanità e per la coscienza di essere come il padre); Alesa buono e gentile ma in un certo senso spettatore nei confronti delle vicende drammatiche e posseduto anch’esso da una sensualità, che gli proviene dal padre; e infine il figlio naturale del vecchio Karamazov, Smerdjàkov, che esprime tutto il dolore, il senso dell’ingiustizia e l’odio, presenti anche nei fratelli ma in una dimensione "animalesca" e quindi senza freni.
La prima parte del romanzo, la più ricca di temi e di suggestioni, descrive il mondo filosofico e religioso del racconto, nella lunga trattazione su padre Zòsima (la sua visione del mondo, la sua morte e la delusione per la rapida decomposizione del corpo), e poi nel colloquio tra Ivan e Alesa (i capitoli "La Ribellione" e "il Grande Inquisitore").
Nella seconda parte vengono descritte le vicende, che portano all’assassinio del vecchio Karamazov e all’arresto di Dimitri.
Si tratta dei capitoli più fragili del libro, centrati fondamentalmente sulla figura di Dimitri e su due personaggi femminili: Katerina Ivanovna (fidanzata di Dimitri ma che ama Ivan) e Grùsenka, la donna che costituisce il movente apparente del delitto (Dimitri ama Grùsenka, che a sua volta è amata dal vecchio Karamazov).
La seconda parte si chiude con il riconoscimento dell’amore tra Dimitri e Grùsenka.
Nella terza parte viene descritto il processo con le arringhe dell’accusatore e del difensore.
Ma il vero oggetto di questa parte è costituito dall’incontro tra Ivan e Smerdjàkov e nellʼaccusa di quest’ultimo verso Ivan: Smerdjàkov ha ucciso il vecchio Karamazov, perché giustificato dalla partenza di Ivan.
In realtà è Ivan il vero mandante del delitto.
Da questa affermazione hanno origine la follia di Ivan e in un certo senso la decisione di Katerina di portare in tribunale una lettera di Dimitri, che preannunciava il delitto, che sarà alla base della condanna.
La critica parla normalmente di due piani in base ai quali vanno "letti" i personaggi: quello empirico e uno metafisico.
In realtà bisognerebbe distinguere anche tra il piano metafisico- religioso e quello metafisico-filosofico.
Dal punto di vista "empirico" il ritmo del racconto si basa fondamentalmente sul dialogo tra i personaggi e si incarna sul tema della contraddizione tra la razionalità e l’irrazionalità: i personaggi sembrano essere mossi da due forze tra di loro in conflitto ma vengono comunque ricondotti sempre a un "destino" che trova fondamento nella natura intrinseca (nel codice genetico si direbbe oggi) della persona.
È questa la vicenda dei fratelli Karamazov: odiano e disprezzano il padre o lo compatiscono (nel caso di Alesa), ma in tutti i casi sono fatti della stessa natura e a quella sono irrimediabilmente ricondotti.
Questa ineluttabilità della loro natura è chiara a Ivan (ed è alla base della sua follia); è evidente in Dimitri e in Smerdjàkov, ma traspare anche in Alesa, per esempio nei rapporti con il giovane Kòlja.
Come dice Ivan in un colloquio con Alesa: "perché mentire a se stesso, quando tutti gli uomini vivono così e forse non possono vivere in altro modo? Me lo domandi a proposito delle mie parole di poco fa, che uno dei due rettili divorerà per forza l’altro? Permetti pure a me, in tal caso, di farti una domanda: credi anche me capace di versare il sangue di Esopo come Dimitri, cioè di ucciderlo?".
Il secondo piano è quello religioso, che è profondamente legato al tema della sofferenza e della sua compatibilità con l’esistenza di Dio.
Come dice Ivan ad Alesa nel capitolo "La Ribellione": "se tutti devono soffrire per conquistare con la sofferenza l’eterna armonia, che c’entrano i bambini?.
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Io non voglio l’armonia, non la voglio per amore dell’umanità.
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Non è che non accetti Dio, Alesa: semplicemente gli restituisco rispettosamente il biglietto.
Se le sofferenze dei bambini sono servite a completare la somma di sofferenze occorrente per pagare la verità, affermo sin d’ora che nessuna verità vale questo prezzo".
Non esiste sicurezza nella fede; Alesa stesso dubita nel momento stesso in cui vede decomporsi il corpo di padre Zòsima, e soprattutto non si giustifica Dio se esiste una tale sofferenza nel mondo.
Il terzo piano è quello filosofico, legato alla nascita dell’uomo moderno.
È nel capitolo del "Grande Inquisitore" che si esprime il contrasto tra il sacrificio di Cristo per dare agli uomini la libertà di giudizio e la volontà della Chiesa (e così di qualsiasi Istituzione) di mantenere gli uomini in uno stato di tutela.
Così parla il Grande Inquisitore: "che colpa ha l’anima debole se non ha la forza di accogliere doni così terribili?.
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E se c’è un mistero, anche noi avevamo il diritto di predicare il mistero e di insegnare agli uomini che non è la libera decisione dei loro cuori quello che importa e neppure l’amore, ma il mistero al quale devono inchinarsi ciecamente, anche contro la loro coscienza.
E così abbiamo fatto.
Abbiamo corretto l’opera Tua e l’abbiamo fondata sul miracolo, sul mistero e sull’autorità".
Il legame tra i tre piani (empirico, religioso e filosofico) è dato dall’affermazione di Ivan che tutto è possibile all’uomo: si esprime in tal modo un concetto di "uomo senza limiti" che è alla base di tutte le vicende del romanzo, della sua costruzione filosofica e delle contraddizioni presenti nei personaggi e nello spirito che anima il libro.