Yerçekiminin Gökkuşağı, II. Dünya Savaşı'nın sonunda, Nazi Almanyası'nın Londra'yı V-2 roketleriyle vurduğu dehşet dolu günlerde açılır. Romanın merkezinde Amerikalı Teğmen Tyrone Slothrop vardır. Slothrop'un tuhaf bir yeteneği (veya laneti) keşfedilir: Londra haritasında cinsel ilişkiye girdiği yerleri işaretlediği yıldızlar, tam olarak V-2 roketlerinin düştüğü noktalarla örtüşmektedir. Üstelik Slothrop, roket düşmeden önce orada bulunmaktadır. Bu durum, Müttefik istihbarat örgütlerinin (özellikle "Beyaz Ziyaret" adlı gizli birimin) dikkatini çeker. Pavlovcu bir koşullanmanın ürünü olduğu düşünülen Slothrop, üzerinde deneyler yapılan bir kobaya dönüşür.
Slothrop, istihbaratın elinden kaçarak savaş sonrası Almanya'sına, yani "Bölge"ye (The Zone) geçer. Burada, Nazi teknolojisinin gizemli zirvesi olan ve özel bir yalıtım cihazı (Schwarzgerät) taşıyan efsanevi "00000" numaralı roketi aramaya başlar. Ancak bu sadece bir roket arayışı değil, Slothrop'un kendi geçmişine, bebekken kendisine yapılan deneylere ve kimliğinin parçalanışına dair bir yolculuktur.
Roman, savaşın bitimiyle oluşan iktidar boşluğunda; Sovyet, Amerikan ve İngiliz ajanlarının, eski Nazilerin, Afrikalı askerlerin (Hererolar) ve uyuşturucu bağımlılarının cirit attığı anarşik bir ortamı resmeder. Pynchon, savaşı "iyi ve kötü"nün mücadelesi olarak değil, teknolojinin insanı köleleştirdiği, ölümün bir endüstri haline geldiği devasa bir sistem olarak sunar. Roketin parabolik yörüngesi (gökkuşağı), hem yerçekimine meydan okuyan bir teknolojik harika hem de kaçınılmaz ölümü simgeleyen bir metafordur. Kitap, doğrusal bir sonla bitmek yerine, okuyucunun (veya sinema izleyicisinin) üzerine düşmek üzere olan bir roketin sesiyle, zaman ve mekanın kırıldığı bir noktada son bulur.
