Le premier tome de la trilogie se déroule dans un univers différent du nôtre sur de nombreux points, et pourtant semblable dans sa structure. L'un des points de divergence importants entre notre monde et celui que crée Pullman, est l'existence des dæmons (à prononcer comme le mot français démon). Chaque dæmon - sorte de manifestation de l'âme sous forme animale - est attaché par un lien invisible (qui pourrait s'apparenter à un cordon ombilical) à un humain : généralement de sexes opposés (on note cependant quelques exceptions dans le premier tome de la trilogie), tous deux [dæmon et humain] naissent et meurent en même temps. Les dæmons sont doués de parole et ont une conscience propre. Ils changent d'aspect à volonté pendant l'enfance, mais une fois la puberté passée, prennent un aspect définitif, symbolisant ainsi le caractère intrinsèque de leur humain.

Élevée dans le très austère Jordan College à Oxford, l'héroïne des Royaumes du Nord, Lyra Belacqua accompagnée de son dæmon Pantalaimon, apprend accidentellement l'existence de la Poussière, une étrange particule élémentaire que l'Église pense être la conséquence du péché originel. L'Église a en effet observé que cette Poussière est moins attirée par l'innocence des enfants que par l'expérience des adultes. Des savants, avec la bénédiction de l’Église, poursuivent d'horribles expériences sur la Poussière en utilisant des enfants kidnappés dans toute l'Angleterre et envoyés dans les royaumes glacés du Grand Nord.

Lyra s'engage à la poursuite de ces kidnappeurs d'enfants, surnommés les Enfourneurs, qui ont notamment capturé son meilleur ami Roger et d'autres enfants de sa connaissance. Elle devra d’abord échapper à Mme Coulter, une femme charmante et intelligente, mais aussi calculatrice et méchante qui l’a accueilli chez elle et tente de l’enjôler. Elle apprendra plus tard que Mme Coulter est sa mère et qu’elle joue un rôle clé dans l’enlèvement des enfants et les expériences sur la Poussière.

Après avoir fui Mme Coulter, Lyra entreprend son périple vers le Nord munie d'une étrange boussole divinatoire (le « golden compass » du titre anglais - ou Aléthiomètre, de aletheia qui veut dire « vérité » en grec) qui lui a été donné par le directeur du Jordan College. Elle est aidée dans sa quête par un ours en armure Iorek Byrnison, John Faa et Farder Coram, les chefs des Gitans, Lee Scoresby, un aéronaute (ou pilote d'aéronef) et de la sorcière Serafina Pekkala. Au début de son aventure, elle apprend que son oncle, Lord Asriel, est retenu prisonnier dans le Nord parce que lui aussi poursuit des recherches sur la Poussière. Sa mission aura donc un double but, libérer Roger, mais aussi son oncle. Elle apprendra plus tard que Lord Asriel n’est pas son oncle, mais son père.

Après avoir affronté de multiples dangers, avoir libéré son ami Roger et d’autres enfants des méchants savants expérimentateurs et avoir aidé Iorek Byrnison à se rétablir à la tête du royaume des ours en armure, Lyra retrouve enfin son oncle/père. Cependant, celui-ci est possédé par ses recherches et il a perdu la tête. Il sacrifie Roger pour obtenir l’énergie dont il a besoin pour construire un pont vers l’autre monde. Lorsque Lyra arrive au pont, Lord Asriel a déjà traversé le pont et il est disparu. Lyra s’engage aussi sur le pont sans savoir ce qui l’attend de l’autre côté.