Piotr Froment, ksiądz katolicki, przeżywa poważny kryzys wiary. Nie chcąc wykonywać bez przekonywania swoich obowiązków, udaje się razem z przyjaciółką z dzieciństwa, Marią de Guersaint, i jej rodziną, na pielgrzymkę do Lourdes. Maria po ciężkiej chorobie może poruszać się jedynie na wózku i jej rodzice, wierzący katolicy, jak i ona sama, mają nadzieję na cudowne wyleczenie. Równocześnie do słynnego miejsca objawień maryjnych ciągną tysiące chorych, również pragnących odzyskać zdrowie. Specjalne "białe wagony" pociągów wiozą osoby, którym lekarze nie dają szans na wyleczenie lub osoby dotknięte szczególnie przerażającymi chorobami (jak Eliza Roquet, której twarz została zdeformowana przez schorzenia skóry).

Piotr obserwuje naiwną, "dziecięcą" wiarę tłumu w cuda wywoływane przez posąg Maryi oraz wodę ze źródeł Lourdes, jednak sam nie jest w stanie przyjąć toku myślenia zgromadzonych. Krytycznie przygląda się warunkom sanitarnym panującym w Lourdes, brakowi głębszej refleksji nad wiarą u większości uczestników pielgrzymki oraz postawie Ojców z Groty, opiekunów sanktuarium, nastawionych jedynie na zyski przynoszone przez pielgrzymki. Ostatnie złudzenia traci po wysłuchaniu historii proboszcza Peyramale, pierwszego opiekuna Lourdes, który został przez Ojców całkowicie odsunięty od swojej parafii, a wznoszony przez niego kościół, w którym został następnie pochowany, uległy ruinie i zapomnieniu. Piotr nie dzieli się jednak z rodziną Marii swoimi refleksjami, nie chcąc burzyć ich nieustającej wiary w możliwość uzdrowienia córki. Wiarę tę podtrzymują również zadziwiające przypadki chorych z "białego wagonu" – jedna z jadących nim kobiet wprawdzie umiera zgodnie z prognozami medyków, ale inna, gruźliczka, zaczyna wyraźnie czuć się lepiej, zaś rany pokrywające twarz Elizy Roquet zaczynają zanikać.

W czasie mszy wieczornej, ogarnięta uniesieniem religijnym Maria nagle wstaje z wózka i zaczyna chodzić. Jej przypadek zostaje okrzyknięty kolejnym cudem Lourdes. Wierzy w to także Piotr, jednak po spotkaniu z lekarzem prowadzącym chorobę przyjaciółki dowiaduje się, że wyzdrowienie pod wpływem gwałtownego wzruszenia psychicznego było całkowicie wytłumaczalne przez naukę. Ponownie ksiądz nie mówi o tym szczęśliwej Marii. Tymczasem pielgrzymi zaczynają wracać do stolicy Francji. Niektórzy, jak Eliza Roquet, cieszą się ze znacznej poprawy swego stanu, inni, jak kobieta chora na gruźlicę, na nowo odczuwają dawne objawy. Piotr, nadal obserwując sytuację, dochodzi do wniosku, że ratunkiem dla katolicyzmu – i jego wiary – jest powrót do korzeni religii.