Silvia Maria Antonsson, bördig från Ljusdal, student vid Handelshögskolan i Stockholm, kan inte sova när det är fullmåne. Det gör henne plågsamt skarp och klar i huvudet, och en fullmånenatt när hon är på väg hem från en fest hittar hon en man sovande i ett buskage i Kronobergsparken. När han inte låter sig väckas stjäl hon hans plånbok med tanken att senare återlämna den.Ägaren till plånboken är Ivan Carneryd, innehavare av en agentur för värmepumpar. Han delar Silvias överkänslighet vid fullmåne och hamnar sådana nätter i ett speciellt "tillstånd". Silvia överväldigas av denna korta, fetlagda man vars ena ansiktshalva är deformerad. Det är inte en "förälskelse", påstår hon utan något annat, något som hon måste komma underfund med. För att kunna göra det måste hon fortsätta att träffa honom, vilket han bryskt avvisar.Förutom dessa två, vilka utgör berättelsens centrum, framträder här en brokig samling personer, bland andra: Silvias älskare, bitr. professorn Ronnie Jonsson, vilken hon avbryter sitt förhållande med efter mötet med Ivan Carneryd. Professorns ungerskfödda hustru Blanka som är övertygad om att Silvia och hon är samma person och just därför propsar på att Silvia fortsätter förhållandet. Silvias kedjerökande faster Maria, som alltid har ett orakelsvar till hands genom rökmolnen när Silvia frågar henne till råds. Simon, som är ledare för ett gäng invandrarkillar som ägnar sig åt att råna jämnåriga på tunnelbanan och som efter ett slumpartat möte med Silvia övertalar henne att bli deras rådgivare.
Liksom i tidigare böcker av Runeborg är romanfigurerna förankrade i en påtaglig och igenkännlig svensk samtid men mellan dem finns gåtfulla och aldrig uttalade band, vilket får historien att lyfta över det vardagsrealistiska planet. Månflickan är en spännande samtidsskildring, en kärleksroman - en berättelse med många hemligheter.