Ángeles y demonios sigue al simbologista de Harvard, Robert Langdon, mientras trata de impedir que la legendaria sociedad secreta de los Illuminati destruya la ciudad del Vaticano gracias al recientemente descubierto poder de la antimateria. El director del CERN Maximilian Kohler descubre en una de las instalaciones del edificio el cadáver de uno de sus físicos más respetados, Leonardo Vetra, asesinado en su propia oficina. En el pecho marcado a fuego con un hierro al rojo grabaron la palabra Illuminati. En lugar de llamar a la policía, Kohler busca la palabra en Internet y finalmente contacta con el profesor Robert Langdon, experto en los Illuminati. Kohler le pide ayuda para descubrir al asesino.

Lo que Langdon descubre en la escena del crimen lo aterra; el símbolo es auténtico y la supuesta sociedad desaparecida parece resurgir. Kohler llama a la hija adoptiva de Vetra, Vittoria.

Una vez allí se dan cuenta de que la sociedad ha robado el contenedor con un cuarto de gramo de antimateria. Mientras el contenedor permaneciera conectado en el CERN, la antimateria permanecería flotando en un vacío total creado por arcos magnéticos, aportando seguridad. Pero cuando se le desconecta del abastecimiento eléctrico, el contenedor activa su batería de emergencia que sólo dura 24 horas. La verdad es que los Illuminati ocultaron el contenedor en algún lugar de la Ciudad del Vaticano, con una cámara de seguridad inalámbrica robada, enfocándolo mientras su reloj sigue un conteo regresivo hacia el momento de la explosión. Esa noche se lleva a cabo el cónclave para la elección de un nuevo papa, haciendo de éste un momento perfecto para que los Illuminati oculten la antimateria en el Vaticano y destruyan a las personas más importantes de la Iglesia católica.

El cardenal Mortati (quien preside la elección), descubre que los cuatro cardenales favoritos, han desaparecido. En realidad han sido secuestrados por un Hassassin contratado por los Iluminati, quien también mató a Leonardo Vetra. Mientras Langdon y Vittoria se dirigen al Vaticano esperando encontrar al asesino y recuperar la antimateria, Kohler no puede ir con ellos porque sufre una crisis respiratoria causada por no recibir su inyección diaria. Al llegar, a la búsqueda se suma el camarlengo Carlo Ventresca y la Guardia Suiza que incluye al comandante Olivetti, el capitán Rocher y el teniente Chartrand. Las pistas que Langdon y Vittoria hallan en los Archivos Vaticanos los llevan a inspeccionar los llamados Altares de la Ciencia. Cada altar se refiere a los clásicos elementos (Agua, Tierra, Fuego y Aire) que antiguamente se consideraban las partes constituyentes de toda la materia.

En cada altar, uno de los cardenales atrapados por el Hassassin es asesinado por un método relativo al elemento al que se refiere el altar - el cardenal Ebner, de Fráncfort, Alemania, muere cuando llenan su garganta con tierra mientras estaba sepultado hasta la cintura en un cripta subterránea (Tierra); el cardenal Lamasse, de París, Francia, muere apuñalado en los pulmones y es abandonado en la Plaza de San Pedro (Aire); el cardenal Guidera, de Barcelona (España), es colgado sobre una hoguera y muere incinerado (Fuego); y al cardenal Baggia, de Milán (Italia) se le ahogó en una fuente (Agua). Todos ellos marcados a fuego con el nombre del elemento en forma de ambigrama. Los medios de comunicación son alertados de los homicidios y luego revelan que el papa fallecido murió debido a una sobredosis de heparina. Esto hace que Vittoria revise el cuerpo del papa, descubriendo la lengua del cuerpo negra, clara señal de envenenamiento con heparina (podría decirse que ella al revisar la boca del fallecido papa haya practicado la primera autopsia a un Sumo Pontífice).

Durante estos hechos, el Hassassin mata a Olivetti y secuestra a Vittoria, pero Langdon acude a rescatarla. Durante la lucha con el Hassassin, Langdon descubre que Jano, el líder de la sociedad, se disfrazará y marcará al camarlengo con una quinta marca. Cuando Langdon está a punto de ser derrotado, Vittoria logra liberarse y ataca al Hassassin. Con la ayuda de Langdon lo arrojan desde el balcón del Castillo de Sant'Angelo, matándolo.
Al descubrir que Maximilian Kohler es el samaritano de la hora undécima, Langdon entonces supone que Kohler es Jano, embarcado en una misión suicida para matar al camarlengo.

Langdon y Vittoria llegan a tiempo para salvar al camarlengo, que ya ha sido marcado con el Diamante de los Illuminati, un ambigrama que muestra los nombres de los cuatro elementos escritos juntos. Cuando la puerta es forzada durante la cita, ven que Kohler apunta con una pistola al camarlengo y que el Diamante está cerca de sus pies. Los guardias suizos abren fuego contra Kohler y el teniente Chartrand mata de varios disparos al capitán Rocher después que el camarlengo grita que el capitán es un Illuminatus. Kohler le da a Langdon una videocámara y le dice que la entregue a los medios de comunicación. Langdon la guarda en uno de sus bolsillos pero no tiene la intención de entregarla a los medios ya que supone que se trata de un mensaje de Kohler acerca de las bondades de la ciencia y las maldades de la religión.

Mientras el camarlengo es sacado de allí para llevarlo en helicóptero a un hospital, repentinamente éste parece recibir un mensaje de Dios, revelándole donde esta la antimateria. Vuelve corriendo a la basílica seguido por Langdon, Vittoria, los guardias suizos y dos periodistas de la BBC. Ellos consideran que el sacerdote ha enloquecido a causa del shock emocional. Lo siguen hasta la tumba de san Pedro, lugar donde hallan el contenedor con la antimateria. El camarlengo sale de la cripta con el contenedor y se dirige a la plaza, con la intención de subir al helicóptero y lo hace luego de pedirle al piloto que se baje.

Una vez al mando del helicóptero, descubre que Langdon también ha abordado, diciéndole que lo ayudará a arrojar la antimateria una vez que estén lo suficientemente alto para no dañar a nadie. Urgido por Langdon, puesto que al contenedor le quedan solamente algunos minutos antes de agotar su batería, el camarlengo no insiste en que Langdon se baje (aunque ya se lo había pedido) y eleva el vehículo. Una vez a gran altura, el camarlengo le dice a Langdon que lamenta que haya subido al helicóptero, ya que no puede arrojar la antimateria hacia tierra. Entonces Langdon se da cuenta que se trataba de una misión sin retorno. El camarlengo se coloca el único paracaídas y salta. Segundos después el tiempo se agota y la antimateria se libera provocando una enorme explosión.

Pocos instantes después el camarlengo aparece sobre la basílica y la gente cree que se ha producido un “milagro”. Esto hace que todos los presentes, incluyendo los cardenales restantes, griten el nombre del camarlengo.

Mientras tanto, Robert Langdon también se ha salvado de la explosión, al usar la cubierta de vinilo del parabrisas del helicóptero como paracaídas rudimentario. Cae duramente en el río Tíber cerca de la isla Tiberina la cual se dice que posee poderes curativos milagrosos. Despierta pocos minutos después en el hospital, allí una enfermera le dice que algunos de sus efectos personales se han salvado incluso la videocámara de Kohler, que repetía su grabación una y otra vez. Langdon la oye (pues el visor está roto) y se da cuenta que no es un sermón sobre ciencia y religión. Langdon, encolerizado logra que lo lleven en un helicóptero-ambulancia hasta el Vaticano. Una vez allí le muestra la grabación a los cardenales en un televisor. Entonces es finalmente revelado que el camarlengo es Jano y que engañó al Hassassin haciéndole creer que los Illuminati seguían activos y las marcas habían sido confiscadas y ocultadas en el Vaticano siglos atrás.

Kohler había hablado con Rocher y él había revelado la verdad sobre el camarlengo. Rocher había permitido que Kohler entrase a hablar a solas con el camarlengo llevando una pistola oculta en la silla de ruedas. Kohler también había leído el diario de Leonardo Vetra donde decía que se había entrevistado con el Papa, la única persona que sabía del descubrimiento de Vetra antes de ser asesinado. Usando la psicología, Kohler logra que Ventresca admita que contrató al Hassassin para matar a Leonardo. Kohler le dice al camarlengo que ya no tiene escapatoria, ahora que ha confesado su pecado, pero Ventresca le dice que “confesar los pecados es el escape”. Entonces se marca el pecho con el diamante de los Illuminati. Al gritar alerta a los guardias, que matan a Kohler. Después de mostrar esto, todos en la Capilla Sixtina se quedan asombrados y el cardenal Mortati se da cuenta que esto significa que el camarlengo mató al Papa.

El camarlengo le responde que el Papa era un “vil mentiroso” y le dice a todos que el Papa tenía un hijo, y que por lo tanto había quebrantado su voto de castidad. Mortati le contesta que aunque el Papa se había enamorado de una mujer, no quebrantó ningún voto ya que el niño nació gracias a la inseminación artificial. Entonces Mortati le revela que el hijo del Papa no es otro que el camarlengo Carlo Ventresca. Impactado por las terribles implicaciones de esto, el camarlengo escapa y luego se incinera en el balcón principal. Luego sus cenizas son juntadas por Mortati y colocadas junto al sarcófago del Papa.

El cardenal Mortati es considerado elegible y es votado Papa. Asombrosamente los reporteros británicos revelan que esa noche se han elegido dos Papas; de acuerdo a las antiguas leyes si los cardenales y otros sirvientes de la Iglesia gritaban el nombre de la persona a la vez y en forma espontánea, esta es proclamada Papa al darse una investidura por aclamación.1 Cuando los cardenales gritaron el nombre del camarlengo, involuntariamente lo estaban eligiendo como Sumo Pontífice (se debate sobre si el final de la historia es ético o no, ya que el camarlengo consiguió lo que quería).

Langdon y Vittoria se hospedan en el Hotel Bernini. El teniente Chartrand entrega a Langdon una carta y un paquete del nuevo Papa. El paquete es la marca del Diamante de los Illuminati el cual es cedido a Langdon en préstamo indefinido. El libro culmina en una velada romántica entre Langdon y Vittoria.

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