Nobert Hanold est un jeune archéologue, professeur d’université d’archéologie et spécialiste de l’antiquité romaine. Il a perdu ses parents dans sa jeunesse et vit dans un grand isolement, ayant reporté tous ses intérêts sur sa profession. Une inflexion du cours de sa vie se produit lorsqu’il est séduit lors d'une visite de musée à Rome, par un bas-relief représentant une jeune fille. Il en acquiert la reproduction. C’est une jeune femme d’environ 20 ans, qui intrigue Norbert à cause de l’apparence de la démarche de la statue qui lève l’arrière du pied presque à la verticale tandis que l’avant est encore posée sur le sol. Aussi, Norbert la surnomme-t-il "Gradiva", « celle qui marche en avant ». Il se consacre à comprendre comment elle marche, sans succès. Une nuit, il rêve qu’il voit Gradiva, lors de l’éruption du Vésuve en 79 ap. J.C. qui détruit Pompéi, sans pouvoir prévenir la jeune femme du danger. Peu après, Norbert part en voyage d’étude en Italie et il aperçoit, à Pompéi, une jeune femme dont il se persuade qu’il s’agit de sa statue. Mais, alors que les deux jeunes gens font connaissance, Norbert est progressivement amené à reconnaître en elle Zoé, une amie d’enfance dont il a tout oublié.