1장 '이오니아의 마법'에서는 고대 그리스 이오니아의 철학자 탈레스가 가졌던 세계는 질서정연하며 몇몇 자연법칙들로 설명될 수 있으리라는 믿음, 과학의 통일성에 대한 믿음을 ‘이오니아의 마법’이라고 설명하며 이것이 서구 학문의 근본 정신으로 재조명한다.

2장 '학문의 거대한 가지들'에서는 ‘통섭’ 개념을 소개하며 이데올로기와 종교적 도그마에서 벗어난 통합된 학문이 파편화된 현대 학문의 위기를 극복할 수 있는 유일한 대안임을 역설한다.

3장 '계몽사상'에서는 계몽주의 시대를 풍미한 위대한 지성들, 마르키 드 콩도르세, 프랜시스 베이컨, 르네 데카르트, 아이작 뉴턴의 삶과 학문을 살피고 그들이 사상이 현재 ‘지식의 대통합’이라는 전망에 어떤 식으로 공헌하는지를 살핀다. 또한 계몽주의의 약화와 그에 따라 등장한 낭만주의, 모더니즘을 비판적으로 검토하고 계몽주의와 통섭 세계관의 “완벽한 상극인” 포스트모더니즘적 “몽매주의”의 대표자 자크 데리다를 “문명세계의 다른 곳에서 발전한 마음과 언어의 과학에 대해 마치 췌장의 위치도 모르는 심령치료사처럼 무지하다.”라고 비판한다.

4장 '자연과학'에서는 “서양의 자연과학을 추동해 온 힘”인 환원주의에 대한 재평가를 시도한다. 에드워드 윌슨은 환원주의를 일종의 “강박증”, “환원적 과대망상증”으로 여기는 일부 인문?사회과학자들이 달리 “자연을 자연적 구성 성분으로 쪼개는 환원주의”를 “과학의 최전선”에 있는 것으로 높게 평가한다. 그는 환원주의를 기본적인 도구로 사용하는 과학을 “세상에 대한 지식을 모아서 그 지식을 시험 가능한 법칙과 원리로 응축하는 체계적이고 조직화된 탐구”로 정의하며 그 과학의 정의를 진정한 의미에서 실행하고 있는 자연과학에서 지식의 대통합을 향한 기초를 발견해야 한다고 강조한다.

5장 '아리아드네의 실타래'에서는 저자가 직접 연구한 개미의 의사소통, 신화와 꿈 등에서 중요한 모티프로 기능하는 뱀에 대한 공포(혹은 혐오), 복잡계에 대한 연구 등의 예를 들어 가며 자연과학에서 인문?사회과학으로 들어가는 길, 인간 본성을 과학적으로 이해하는 길이 크레타 섬의 미로처럼 복잡하다는 것을 보여 준다. 하지만 분자만 한 유전자 수준 미시 세계에서 수십억 년에 걸친 생명의 진화를 다루는 거시 세계까지 통섭을 이뤄내는 생물학의 예를 들며 지적 미로를 빠져 나가게끔 도와주는 아리아드네의 실타래가 있음을 보여 준다.

6장 '마음'에서는 인간 정신 과정의 물리적 실재를 연구하고 있는 뇌과학, 신경생리학, 인공 지능(AI) 연구 성과들을 살펴보며 오랫동안 미지의 영역으로 남아 있던 인간 정신 연구에 통합적 과학 연구가 어떤 역할을 할 수 있는지를 조명한다.

7장 '유전자에서 문화까지'에서는 사회생물학과 진화심리학의 중요 성과들을 인용하며 유전자의 변화가 문화의 진보가 함께 이뤄졌음을 보여 준다. 인간 및 영장류의 의사소통 연구, 문화의 기본 단위에 대한 연구 등을 통해 유전자의 변화가 문화 발전을 자극하는 신체적 요소를 변화시키고 그렇게 발전한 문화가 다시 그러한 유전자의 변화를 조장하는 유전자?문화 공진화가 인류사를 발전시켜 온 진화 메커니즘임을 보여 준다.

8장 '인간 본성의 적응도'에서는 7장의 논의를 발전시켜 ‘문화에 가장 널리 퍼진 형질들은 그것들을 있게끔 해 준 유전자들에게 진화적 이득을 안겨 준다.’라는 유전적 적응도 가설을 상세하게 설명한다. 인간 사회를 구성하는 기본적인 요소인 가족, 짝짓기, 양육, 사회적 지위, 사회적 계약, 근친상간 금기 등 인류학자에 의해 수집되기만 했을 뿐 원인이 구체적으로 탐구되지는 못했던 것들을 유전자?문화 공진화로 설명될 수 있음을 구체적으로 증명한다.

9장 '사회과학'에서는 사회과학의 여러 분과, 사회학, 인류학, 경제학의 역사를 개괄하며 자연과학과 사회과학의 연합 가능성을 모색한다. 윌슨은 이 장에서 분과 학문의 벽 안에 갇혀 있는 사회과학 제분과의 한계를 조목조목 지적하며 인간 본성에 대한 과학적 이해에 근거한 학문으로 사회과학이 발전하기 위해서는 자연과학, 그중 특히 생물학과의 연대가 필수적임을 역설한다.

10장 '예술과 그 해석'에서는 통섭: 지식의 대통합이라는 전망의 가장 큰 걸림돌이 될 예술에 대한 과학적 설명이 어떻게 가능한지 검토한다. 유전자?문화 공진화 이론에 근거하여 예술에 생물학적 기원에 대해 조심스레 설명한다.

11장 '윤리와 종교'에서는 윤리의 근거를 초월론적 유신론 설명에 근거하지 않고 현대 생물학과 과학의 성과를 설명할 수 있는지 탐구한다. 이 장에서 윌슨은 윤리의 기원이 인간으로부터 독립적인 기원에서 내려왔다는 초월론적 설명과 인간으로부터 나온 것이라는 경험론적 설명을 대조하고, 종교가 진화심리학적 기원을 가진 부족주의(자신 부족의 번영을 최우선으로 하는)의 산물임을 논증한다.

12장 '우리는 어디로 가고 있는가'에서는 다시 원점으로 돌아와 인간의 지적 탐구가 통섭과 대통합을 이뤄 새로운 지적 혁명을 만들어 냈다고 했을 때 그것 속에서 “유황 냄새”가 나지 않는지, 오히려 인류의 터전인 환경을 파괴하고, 인간성 자체를 말살하는 것은 아닌지 검토한다. 생명 다양성을 파괴하는 환경 문제, 경제 양극화의 문제, 국제 관계의 악화 등을 검토하면서 세계의 변화 속에서 우리 인류만은, 우리 민족만은, 우리나라 사람들만은, 우리 가족만은, 나만은 예외라고 생각하는 면제주의자적 관점을 비판한다.