Ce qui suit dévoile des moments clés de l’intrigue.
La narration de Starship Troopers se situe explicitement dans un futur assez proche, sans pour autant qu'une date précise ne soit indiquée, hormis celle de la fondation du régime politique terrien en cours: l'année 2087. Cependant, certains évènements historiques relatés dans le roman, avec des dates précises relatives au passé du lecteur de 1959, ne se sont pas produits dans la réalité ; l'action se situe donc dans une histoire alternative.
Le roman relate le parcours, les motivations, et les angoisses de Juan Rico (le narrateur), un jeune homme fraichement diplômé à peine sorti du Lycée, qui décide de se porter volontaire dans les Forces armées de la Fédération Terrienne, pour effectuer sa « période de service ». Dans le roman, cet engagement volontaire permet, après avoir effectué son temps de service, de décrocher son visa de « citoyenneté » ; ce dernier donne au titulaire le privilège, entre-autres, d'avoir le droit de vote. En effet, seuls les personnes ayant effectué leur période de service peuvent par la suite voter.
Le roman retrace donc le parcourt initiatique de la recrue Rico : lors de son incorporation, laborieuse, dans « l'Infanterie Mobile », puis durant sa période de « classes », éprouvante et dangereuse, au Camp d'entrainement Currie. Le soldat Rico participe ensuite à l'intense et destructeur conflit interstellaire qui oppose la Fédération Terrienne aux Forces Arachnides (surnommées les « Punaises » par Rico), originaires de la planète Klendathu.
La narration s'entrecoupe d'une série de flashbacks tout au long de l'histoire. C'est l'un des rare romans de Heinlein à utiliser ce type de narration.
La première scène du roman décrit Rico en train d'être largué du vaisseau spatial Rodger Young, engoncé dans une capsule de saut individuelle, qui lui sert également de protection lors de sa descente vers le sol ennemi. Suit le récit haletant d'un raid éclair de l'unité de Rico dans une action de représailles, au cœur d'une cité de l'une des planètes des Skinnies (surnommés les « Squelettes » par Rico), un peuple extra-terrestre allié des Arachnides. C'est, par ailleurs, l'un des rares moments dans le roman où les combats sont décrits avec précision. Les soldats, revêtus d'armures de combats sophistiquées (des « scaphandres auto-propulsés »), et largués en formation dans une zone déterminée, ravagent méthodiquement le plus grand nombre possibles de bâtiments importants, le tout en respectant un timing serré. Leur armement individuel va du fusil d'assaut au lanceur de fusées à tête nucléaire. Tout au long de sa progression, l'escouade de combattants sème la terreur et la confusion chez ses ennemis, ne comptant au final qu'un seul mort dans ses rangs.
Puis l'histoire revient dans un évènement du passé, le jour où Rico décroche son diplôme de fin d'études secondaires, peu de temps avant son 18 anniversaire. N'ayant pas d'idée précise sur son avenir, il finit par suivre ses compagnons de classe qui s'engagent dans l'armée, malgré les objections de sa famille, et notamment de son père. C'est le seul chapitre qui décrit la vie de Rico avant son entrée dans les Forces Armées. Cette partie du récit s'articule autour de deux scène principales : un dialogue entre Juan et son professeur d'histoire et de philosophie morale, Monsieur Dubois, qui permet à Heinlein de développer ses idées sur la citoyenneté, le rôle des forces armées et de la population civile, et les notions d'engagement et les responsabilités qui les accompagnent. La seconde scène marquante de ce chapitre est le face-à-face entre Rico et un sergent recruteur de la flotte spatiale, dont le rôle est de subtilement dissuader les candidats de s'engager.
Heinlein semble utiliser le personnage de Dubois pour présenter ses idées personnelle : il explique comment « la violence a réglé dans l'histoire plus de questions que n'importe quel autre facteur » (has settled more issues in history than has any other factor). Le récit effectue plusieurs retours sur l'enseignement reçu par Rico dans son cours d'histoire et de philosophie morale, où Dubois explique quels droits civiques s'obtiennent par le service fédéral volontaire et pourquoi. Les personnes refusant de s'engager ont toutefois droit aux libertés individuelles reconnues par l'actuel droit international. Cette structure sociale serait apparue après la chute des démocraties occidentales au XX siècle, suite à l'échec social (dû à une permissivité excessive, selon l'auteur) et à une défaite militaire face à la Chine.
Après avoir terminé les formalités d'engagement et rejoint l'Infanterie Mobile, Rico est envoyé au camp d'entrainement Arthur Currie, dans la "Plaine". Cinq chapitres sont consacrés à l'impitoyable entrainement qu'il subit avec ses camarades d'incorporation, sous la direction de l'adjudant Zim. Au terme d'une instruction drastique et variée s'échelonnant sur de nombreux mois, seuls 10 % des recrues achèvent les sélections. Pour le reste, c'est l'abandon volontaire, le renvoi pour fautes, la dispense médicale, ou la mort à l'entrainement qui met un terme définitif à leurs espoirs. L'une des sanctions militaires les plus couramment pratiquées dans le roman est la flagellation. Rico la subit lui-même, suite à une négligence grave durant une simulation de tir par arme à charge nucléaire, lors d'un entrainement au combat.
Dans l'intervalle de temps où se déroule l'instruction de Rico, la situation militaire entre la Fédération Terrienne et les Arachnides se dégrade, passant progressivement d'une simple tension (des « actions de police ») à un affrontement total et sans merci. La guerre est officiellement déclarée suite à l'anéantissement de Buenos Aires par un bombardement Arachnide massif. La mère de Rico fait partie des victimes. Il prend part aux opérations militaires de rétorsion sur Klendathu (« l'Opération D.D.T »), ainsi que son père, qui vient lui aussi de s'enrôler dans l'Infanterie Mobile, à la suite de ce drame. Cette opération de grande envergure se solde par un échec cuisant pour les Terriens.
Conséquence de la défaite des Forces Terriennes sur Klendathu, prémisse de ce que Rico nomme « la guerre des Punaises », les survivants de l'unité de Rico (« les Chats Sauvages de Willie »), ainsi que les rescapés des nombreuses unités décimées lors de cette offensive ratée, sont dispersés dans d'autres formations. Les pertes de la Fédération sont telles que les attaques ultérieures se réduisent à des raids éclairs, similaires à celui décrit au début du livre. Rico rejoint alors l'unité des « Têtes Dures de Rasczak » (« Rasczak's Roughnecks »). Cette partie du roman se concentre sur la vie d'un soldat, faite de routine, sur les relations entre officiers et sous-officiers, mais également sur la poursuite de la guerre contre les « Punaises ».
Rico décide finalement de devenir soldat de carrière. Il devient Sous-Officier, puis plus tard s'inscrit à l'École militaire des Officiers (Officer Candidate School). Il en sort Troisième Lieutenant. Il participe à « l'Opération Reine », qui se révèle être un succès inattendu grâce à la capture d'un « cerveau » Arachnide par l'adjudant Zim. Rico se voit ainsi promu Second Lieutenant.
Le dernier chapitre sert d'ouverture au livre, faisant écho au premier chapitre. Plusieurs mois après, Rico, maintenant Lieutenant, est de nouveau à bord du Rodger Young, aux commandes des « Têtes Dures de Rico », préparant ses soldats à une nouvelle attaque sur Klendathu, avec son père comme adjudant de section à ses côtés, et un Troisième Lieutenant novice sous ses ordres.
