Caitlin, une jeune Américaine de seize ans aveugle de naissance, se voit proposer par un chercheur japonais une prothèse qui remédierait à la défaillance de son nerf optique. Dans un premier temps, la prothèse ne fonctionne pas bien et la jeune fille voit des figures géométriques dont elle parvient à comprendre qu'elles représentent le réseau Internet. Celui-ci, partiellement éveillé à la conscience, reçoit ce que voit l'oeil de Caitlin et découvre un nouvel univers. Une étrange amitié naît alors entre la jeune fille et cette Intelligence Artificielle nommée Webmind. Mais Watch, l'agence gouvernementale chargée de surveiller les communications mondiales, découvre Webmind et, convaincue qu'elle représente un risque pour la sécurité nationale, décide sous la houlette du colonel Hume et de son équipe de l'éradiquer par tous les moyens possibles.
Après Éveil et Veille, Merveille conclut en fanfare la trilogie de Robert J. Sawyer consacrée à l'émergence d'une Intelligence Artificielle aux pouvoirs largement surhumains - voire quasi divins - à partir d'Internet mais ne pouvant subsister sans l'aide de l'humanité.