Pierre Delambre, le narrateur de l'histoire, rencontre sur la Côte d'Azur une jeune fille assez étrange : Yvane Suyter, qui habite avec son beau- père, le docteur Mops. Le docteur étudie les phénomènes bio-électriques associés à l'activité du cerveau. Ayant réussi à accélérer l'évolution des cellules cérébrales assurant le fonctionnement de la mémoire, il obtient un sujet qui a la mémoire de l'avenir. Son sujet étant ainsi en avance de quelques minutes sur le reste des hommes, le docteur en profite pour jouer à la roulette. Puis l'expérience se poursuit. Quand le sujet est en avance de plusieurs jours, le docteur joue à la Bourse. L'avance atteint plusieurs semaines lorsque le narrateur, devenu amoureux d'Yvane, veut intervenir : il n'obtient que la prédiction de la mort accidentelle de celle qu'il aime. Montant une garde vigilante, Pierre Delambre se flatte de démentir l'oracle : peine perdue, Yvane meurt. Quand, au milieu de son désespoir, le sujet vient encore prédire à Pierre qu'il sera vivant dans un an, il veut lui infliger un démenti final et se tuer : il se manque. Six mois plus tard, convalescent, il retrouve le docteur Mops. Le sujet est maintenant en avance de huit ans, mais il ne répond plus aux questions : le docteur en
conclut qu'il est mort. Pourtant, au cours d'une dernière expérience, le sujet laisse échapper quelques cris de signification religieuse. La pensée qu'il pourrait être au ciel provoque alors un étrange confession du docteur qui place sous un nouveau jour l'intrigue sentimentale du récit. Mais ce n'est pourtant pas là encore l'explication finale de toute l'histoire, explication qui au demeurant restera indécise.
Dans les précédents volumes de cette collection de Romans fantastiques, l'idée para-scientifique de base, à la manière de Wells ou de Jules Verne, était exploitée jusqu'au bout de ses possibilités, sur un ton humoristique et satirique, et conduisait à un bouleversement de l'humanité tout entière. Dans L'expérience du docteur Mops, le développement de l'idée de base est conduit suivant le même processus logique jusqu'à ses dernières conséquences, mais cette évolution ne se produisant qu'au sein d'un groupe restreint de personnes,
il a été possible de donner au récit un ton plus romancé et de dessiner avec plus de finesse la psychologie des principaux personnages.