راوی داستان گهواره گربه، جان، یک بار تصمیم می گیرد کتابی بنویسد با عنوان روز پایان یافتن جهان؛ موضوع کتاب هم در خصوص روزی است که بمب اتمی بر روی هیروشیما انداخته شده است. به منظور تحقیق و جمع آوری اطلاعات اولیه، راوی به نیوت هونیکر، پسر خردسال فلیکس هونیکر، فیزیکدان برنده جایزه نوبل و یکی از مخترعین بمب اتم، نامه می نویسد. در آن نامه از نیوت درخواست می کند تا آنچه را از روز بمباران هیروشیما به یاد داشته برایش بنویسد. نیوت در پاسخ می گوید که وی در روز بمباران تنها شش سالش بوده است. و چیزی که از آن روز یادش می آید این است که با کامیون های اسباب بازی خود بازی می کرده در حالی که پدرش با یک رشته ریسمان مشغول بازی گهواره گربه بوده است. در ادامه نیوت توضیح می دهد که فلیکس هرگز علاقه ای به آدمها از خود نشان نمی داد، بنابراین اینکه آن روز فلیکس با او بازی کرده، بسیار غیرعادی بوده است. فلیکس وقتی سعی می کند گهواره گربه را به نیوت نشان دهد آنقدر بزرگ، زشت و ترسناک بوده که نیوت با گریه از خانه فرار می کند آنجلا، خواهر نیوت، وی را به خاطر جریحه دار کردن احساسات فلیکس سرزنش کرد، اما نیوت همچنان به گریه و زاریشادامه داد و گفت که فلیکس زشت و ترسناک است. مدت کوتاهی پس از پاسخ نیوت به نامه جان، روزنامه ها خبر نامزدی نیوت را با زینکا، رقصنده ی قلدر روسی که می گفتند جاسوس شوروی است، منتشر کردند.

در ادامه جان به ایلیوم، شهری که هونیکرها در طول جنگ جهانی دوم در آن زندگی می کردند، سفر می کند تا به تحقیق برای کتاب خود ادامه دهد. برخی از همکلاسی های فرانک هونیکر در دبیرستان به جان گفتند که فرانک جوانی عجیب، گوشه گیر و مرموز بوده است. علایق اصلی فرانک شامل ساخت مدل و کار در فروشگاه جک هابی بود. همسالانش او را «مامور مخفی X-9» می نامیدند. در ایلیوم، جان با آسا برید، سرپرست سابق فلیکس در آزمایشگاه تحقیقاتی آشنا شد. آسا به او اطلاع داد که امیلی هونیکر، همسر فلیکس، در یک تصادف اتومبیل از ناحیه لگن آسیب دیده است. وی علت مرگ او در هنگام زایمان را همین جراحت دانست. آسا از توانایی فلیکس در به کار انداختن ذهن تحلیلگرش برای انجام هر کاری تمجید کرد. یک بار، ژنرالی از فلیکس خواست که راه حلی برای خلاصی از گل و لای که مشکل همیشگی نیروهای پیاده هنگام جابه جایی بود ارائه دهد. فلیکس ساخت یک ایزوتوپ از آب را طرح ریزی کرد که او آن را ice-9 نامید که در دمای اتاق جامد بود. حتی کوچکترین حجم از این ماده که در باتلاق ریخته می شد، می توانست گل را سفت کند و مشکل را حل می کرد. جان، که متوجه شد چنین اقدامی می تواند به راحتی به یخ زدن تمام آب های روی زمین منجر شود، با عصبانیت از او پرسید که آیا فلیکس واقعاً موفق شده این ماده را بسازد که تهدیدی به مراتب مرگبارتر از بمب اتم برای زندگی روی زمین است. آسا وجود چنین ماده ای را تکذیب کرد، و نهایتا با عصبانیت مصاحبه را پایان داد زیرا احساس کرد که جان فکر می کند دانشمندان بی رحم و خطرناک هستند.

جان پس از مصاحبه با آسا، از گورستان محلی بازدید کرد تا از قبر فلیکس عکس بگیرد. او متوجه شد که سنگ قبر امیلی هونیکر یک بنای شکوهمند به ارتفاع 20 فوت است در حالی که سنگ قبر فلیکس یک مربع سنگی کوچک ​​است. او از مارتین برید، مالک فروشگاه محلی سنگ قبر و برادر آسا برید، فهمید که آنجلا و فرانک به فروشگاه او آمدند و یک سال پس از مرگ امیلی آن سنگ قبر را برای امیلی خریده اند، زیرا فلیکس به خود زحمت نداده بود که برای او سنگ قبر بخرد. مارتین از فلیکس متنفر بود، با وجود این تصور غالب این بود که فلیکس بی خطر و بی گناه است. اما او ابدا اعتقاد نداشت که فردی که در ساختن بمب اتم دست داشته، بتواند بی گناه باشد. مارتین همچنین عاشق امیلی، همکلاسی دوران دبیرستانش بود. او اشاره کرد که امیلی در زندگی با فلیکس همواره بدبخت بود.

جان بی اینکه بداند، فلیکس در واقع ice-9 را بدون ثبت سوابق کشف خود در خفا ساخته بود و اندکی قبل از مرگش، در شب کریسمس در کیپ کاد، آن ایزوتوپ را به فرزندانش نشان داد. خواهر و برادر هونیکر مزایای ice-9 را بین خود تقسیم کردند. فرانک از آن برای خرید یک شغل راحت به عنوان سرلشکر در جمهوری سن لورنزو استفاده کرد. و آنجلا نیز سهم خود را در ازای ازدواج با هریسون کانرز خوش تیپ، دانشمندی که در تحقیقات اسلحه فوق محرمانه برای ایالات متحده کار می کرد، معامله کرد. زینکا سهم نیوت از ice-9 را برای دولت شوروی ربود. در همین حال، جان برای نوشتن مقاله ای در مورد قلعه جولیان، یک بشردوست میلیونر که در سن لورنزو زندگی می کرد، استخدام شد. در هواپیما که به سوی جزیره پرواز می کرد، جان با لو و هیزل کرازبی و هورلیک و کلر مینتون ملاقات کرد. لو و هیزل برای افتتاح یک کارخانه دوچرخه سازی به سان لورنزو سفر می کردند زیرا جزیره هیچ محدودیتی برای کار وضع نکرده بود. هورلیک سفیر جدید آمریکا در سن لورنزو بود. آنجلا و نیوت نیز در هواپیما حضور داشتند. آنها قصد داشتند در جشن نامزدی فرانک با مونا، دختر خوانده “پاپا” مونزانو، دیکتاتور جزیره شرکت کنند.

همه ساکنان سان لورنزو از باورمندان بوکونونیسم بودند، مذهبی که بوکانون ایجاد کرد. وقتی بوکونون و دوستش مک کیب برای اولین بار به سن لورنزو رسیدند، می خواستند جزیره را به یک مدینه فاضله تبدیل کنند. سن لورنزو تاریخ پرفراز و نشیبی داشت که در زمان‌های مختلف بین ملت‌های مختلف دست به دست شده بود. این جزیره کاملاً بی ارزش بود. وقتی مک کیب و بوکونون حکومت خود را بر جزیره به صورت رسمی اعلام کردند، هیچ کس مداخله نکرد. مک کیب و بوکونون به سرعت دریافتند که هیچ گونه اصلاحات قانونی و اقتصادی نمی تواند زندگی خوبی برای ساکنان جزیره فراهم کند. در عوض، بوکونون از طریق ایجاد دینی همنام خودش بر اساس دروغ های امیدوارکننده و شادی بخش، به ساکنان جزیره آرامش داد. به درخواست بوکونون، مک کیب بوکوننیسم را غیرقانونی اعلام کرد و مجازات آن را اعدام تعیین کرد. اینگونه ، دین غیرقانونی، به زندگی توده های فقیر جزیره هیجان و معنایی قابل درک می داد. از آن زمان همه حاکمان، از جمله پاپا مونزانو، در این برنامه شرکت داشتند. در جزیره، مونزانو که به سرطان بدخیم مبتلا شده بود، فرانک را جانشین خود نامید. فرانک که به مسئولیت علاقه ای نداشت، از جان خواست که جای او را به عنوان رئیس جمهور بعدی سن لورنزو بگیرد. جان این موقعیت را رد کرد تا اینکه فرانک به او گفت که به عنوان بخشی از معامله با مونا ازدواج خواهد کرد. جان مدت کوتاهی به فکر لغو ممنوعیت بوکونونیسم افتاد، اما متوجه شد که توانایی ارائه غذا، مسکن و خدمات اجتماعی کافی به مردم را ندارد. از این رو، تصمیم گرفت به طلسم پیشینیان خود ادامه دهد.

طی مراسم بزرگداشت صد شهید راه دموکراسی در سن لورنزو، جان قصد داشت تا ریاست خود را اعلام کند. اما پزشک معالج مونزانو، دکتر فون کونیگزوالد، به او اطلاع داد که مونزانو خودکشی کرده است. جان با نگاه کردن به جسد متوجه شد که وضعیت مونزانو تنها می‌تواند ناشی از بلعیدن ice-9 باشد و در نتیجهدانست آزمایش‌های فلیکس برای ایجاد ایزوتوپ موفقیت‌آمیز بوده است. وقتی جان از فرانک، نیوت و آنجلا خواست که به اتاق خواب مونزانو بیایند، آنها اعتراف کردند که کشف وحشتناک فلیکس را پس از مرگش بین خود تقسیم کرده‌اند. سپس تصمیم گرفتند قبل از سوزاندن اجساد استراحت کنند تا اینکه به تماشای مراسم صد شهید بروند. در طول مراسم، یک هواپیما به صخره های بالای قلعه مونزانو برخورد کرد. رانش زمین رخ داد و نیمی از قلعه را به همراه جسد مونزانو به درون دریا برد. تمام آب های دنیا در عرض چند ثانیه به ice-9 تبدیل شدند. مدت کوتاهی پس از فاجعه، اکثر بازماندگان جزیره، از جمله مونا، خودکشی کردند. جان، فرانک، نیوت و کرازبی ها شش ماه زنده ماندند. جان این کتاب «گهواره گربه» را به‌عنوان گزارشی از آنچه رخ داده بود نوشت، در حالی که نیوت نقاشی می‌کرد، هیزل خیاطی می کرد، لو آشپزی می‌کرد و فرانک مورچه‌ها را مطالعه می‌کردو بوکونون نوشتن کتاب‌های بوکونون را تمام کرد.