Carmina es joven, huérfana y única heredera de la fortuna de su padre. Aunque es italiana de nacimiento, debe viajar a Inglaterra y someterse a la tutela de su tía, la señora Gallilee, hasta que cumpla la mayoría de edad o se case. La vida en Londres es más llevadera gracias a sus primas María, una señorita modelo de la buena educación victoriana; la pequeña Zo, rebelde, expansiva y natural con cualquier persona, y Ovid, el hermano mayor de estas, afamado y prestigioso médico que se enamorará perdidamente de ella.
Sin embargo, las ambiciones y envidias familiares terminarán por enrarecer el clima de la familia. Además, la presencia siniestra del doctor Benjulia, dedicado en cuerpo y alma a la vivisección, planea constantemente sobre la vida de las muchachas.
Corazón y ciencia es una novela modelo de Wilkie Collins, con todos los requisitos. La lista de personajes es extensa y cada uno de ellos encarna una virtud o un vicio. Todos ellos quedan retratados a la perfección con una acertada descripción de sus sentimientos y comportamientos, dando lugar a unos personajes que abarcan desde el inocentón pero resolutivo señor Gallilee, hasta el malvado y misterioso doctor Benjulia, pasando por un buen número de secundarios amables y divertidos, más dickensianos, como el doctor Null o el abogado Mool.
Como uno de los creadores del canon victoriano, Collins conjuga con acierto intriga, humor y personajes impactantes. Él mismo reconoce en el prefacio que estas son las cualidades imprescindibles de una buena novela de ficción. Con esta fórmula, Corazón y ciencia adquiere progresivamente el sentido dramático característico de esta literatura.
Además, la novela es una denuncia social de la ciencia como dogma. En el trasfondo se encuentra la rivalidad entre el conocimiento frío y sistemático de la ciencia, encarnado en la señora Gallilee, y llevado al extremo por el doctor Benjulia, frente al conocimiento impulsivo e intuitivo del amor, figurado en Carmina y expresado de forma natural en Zo.