Сказочная новелла Песочный человек разделена на четыре части. Первые три – это письма главного героя Натанаэля его другу Лотару и ответ девушки Клары – Натанаэлю. Четвертая часть – непосредственно сама история.
В своем первом письме Натанаэль рассказывает историю детства о Песочном человеке, которым его пугали перед сном, о смерти отца и о его страшном друге отца Коппелиусе, в котором мальчик видел зло и воплощение Песочного человека. Также описывается случай о продавце барометров.
Возлюбленная Натанаэля Клара совершенно случайно прочитала письмо, адресованное её брату Лотару, и высказывает свою точку зрения на переживания молодого человека, показывая ему, что все страхи и ужасы не реальны.
Натанаэль рассказывает о том, как он живет, о своем преподавателе физике Спаланцани и о его загадочной дочери Олимпии.
Побывав в гостях у Клары и Лотара, молодой человек возвращается на учебу в город и видит, что его квартира сгорела. Переехав в другой дом, он с удивлением замечает, что живет прямо напротив профессора физики. Купив подзорную трубу, он целые дни проводит, наблюдая за Олимпией и на празднике у Спаланцани знакомится с ней, влюбляясь до беспамятства. Лучший друг Натанаэля пытается помочь, рассказывая, что Олимпия очень странная и что у неё безжизненные глаза, но тот не слушает, забывая о Лотаре и невесте Кларе.
По стечению обстоятельств Натанаэль оказывается в доме профессора в не положенный час и узнает страшную новость: Олимпия – не человек, а просто кукла. Молодой человек сходит с ума.
Побывав в сумасшедшем доме и вернувшись на родину, к матери и друзьям, он излечивается и планирует спокойную, размеренную жизнь вместе с Кларой. Однако этому не суждено сбыться. История заканчивается самоубийством Натанаэля, очередной раз помешавшимся на Песочном человеке.