Numa mistura de reportagem, relato pessoal e pesquisa, Steven Johnson descreve como o cérebro humano funciona - suas substâncias químicas, estruturas e atividades de rotina - e como isso se relaciona com a nossa vida cotidiana. O autor acredita que aprender a respeito da mecânica cerebral pode aumentar nossa percepção sobre nós mesmos. Em De cabeça aberta, Johnson experimenta os conhecimentos em si próprio. Ele participa de uma bateria de testes de atenção, aprende a controlar um videogame alterando suas ondas cerebrais e submete seu cérebro a um exame de ressonância magnética funcional. Tudo em busca de uma resposta para uma das questões mais antigas da humanidade: quem sou eu? O autor ainda explica qual a química cerebral por trás do amor e do sexo e revela como interpretamos atos e sentimentos das pessoas com as quais convivemos.