Книга повествует о людях, оставшихся в живых после ядерной войны, произошедшей не ранее 2010 года. Почти всё действие разворачивается в Московском метрополитене, где на станциях и в переходах живут люди. Благодаря оперативным действиям служб гражданской обороны метрополитен удалось оградить от радиации: почти на всех станциях были закрыты гермоворота, а в вентиляционных системах активированы противорадиационные фильтры. Действуют также фильтры для воды. Судя по всему, в момент гибели Москвы в метро смогло укрыться около 70 000 человек. По прошествии двадцати лет после ядерной войны в метро обитает порядка 50 000 человек. При этом лишь половина станций обитаема: часть станций заброшена, часть изолирована обрушением тоннелей, часть сгорела. Некоторые станции захвачены существами с поверхности. В романе война упоминается лишь вскользь. В результате обмена ядерными ударами все крупные города были стёрты с лица земли.
Живущие в метро питаются тем, что смогли вырастить в тоннелях. В основном это не требующие света грибы, но на некоторых станциях Ганзы и Севастопольской империи выращиваются также картофель, помидоры и огурцы. Также на некоторых станциях выращиваются свиньи и другие животные. Ряд станций обеспечивается электричеством от генераторов различного типа, однако в силу их малой мощности на станциях зачастую действует только маломощное аварийное освещение. Большинство предметов быта (исключая изначально находившиеся в метро), а также оружие, медикаменты, топливо и т. п. добывается многочисленными сталкерами, периодически поднимающимися в полуразрушенный город. В подземном мире действует торговля, универсальной валютой являются патроны.

Ганза — содружество станций Кольцевой линии. Прозвана в честь Ганзейского союза, так как через неё проходят все остальные ветки метро. Самая богатая из веток. Живёт в основном за счёт торговли и взимания пошлин с торговцев, желающих пересечь кольцо.

Полис — культурная и духовная столица метрополитена, в её сохранности заинтересованы все обитатели метро. Здесь сформировалось своеобразное кастовое общество. Главные касты — хранители («брамины»), собирающие книги и работающие с ними, а также военные («кшатрии»), образовавшиеся из-за эвакуациии в метро расположенных рядом РГБ и Генштаба. Представители этих двух каст образуют Совет Полиса, однако отношения между ними напряжённые. Помимо них существуют купцы и слуги. Принадлежность к касте неизменна в течение жизни, однако не наследуется, а выбирается самим человеком по достижении 18 лет. Расположена на четырёх станциях: Библиотека имени Ленина, Арбатская, Александровский сад и Боровицкая. Второе по богатству, после Ганзы, сообщество в метро.

Красная линия — бывшая Сокольническая линия (за исключением Библиотеки имени Ленина и участка за станцией Воробьёвы горы). Линию контролируют коммунисты. Красная линия обрывается за Спортивной, хотя руководство линии не признаёт данного факта.

Четвёртый Рейх — станции Пушкинская, Чеховская и Тверская, на которых расположились фашисты, радеющие за очистку метро от всех нерусских.

Университет («Изумрудный Город») — полулегендарное сообщество, будто бы уцелевшее после обрушения метромоста на станции Воробьевы горы и занимающее станции Университет, Проспект Вернадского и Юго-Западная. Эвакуировавшимся профессорам, аспирантам и студентам МГУ удалось блокировать туннели и найти способ выходить на поверхность, самостоятельно создав защитные костюмы. По неподтвержденным слухам, их разведчики иногда появляются в «большом» метро. Всеми тремя станциями управляет ректор, а каждая станция возглавляется деканом, их избирают.

Содружество ВДНХ — небольшая община трёх станций: ВДНХ, Алексеевской, Рижской. Содружество складывается во время действия книги.

Фермы-фактории — станции Динамо, Аэропорт, Сокол. Крупнейшие животноводческие центры метро, «житница» метрополитена, снабжающая продовольствием Ганзу, Рейх, Красную линию и, вероятно, Полис. Также на Динамо изготавливается одежда вроде курток из свиной кожи и т. д.

Арбатская конфедерация — включает в себя Киевские-радиальные и Смоленскую Арбатско-Покровской линии. Заселена, по преимуществу, лицами кавказского происхождения, но на станциях Арбатско-Покровской линии сильное влияние имеют сталкеры — хорошо экипированные участники вылазок на поверхность.

Бауманский альянс. Станции Бауманская, Электрозаводская, Семёновская. Промышленный район — мастерские, машиностроение, оружейное дело. Кузница метро.

Конфедерация 1905 года. В книге упоминается, но не описывается.

Первая Интернациональная Красная Боевая Бригада Московского Метрополитена имени товарища Эрнесто Че Гевары — интернациональная бригада троцкистов, поддерживающая революционные идеи. Ведут подрывную деятельность, в частности, участвовали в освобождении главного героя из плена фашистов. Имеют базы на станциях Автозаводская и Партизанская.

Свидетели Иеговы — обитают в заброшенном поезде в перегоне Тульская — Серпуховская. Считают произошедшую войну Армагеддоном и веруют в скорое наступление Царствия Небесного.

Сатанисты — точное место обитания в книге не указывается. Веруют в то, что метро — преддверие ада и копают при помощи рабов яму, чтобы добраться до него. В книге из "Вселенной Метро 2033" - "Темные туннели" Сергея Антонова указывается конкретное расположение станции сатанистов - это Тимирязевская.

Дикари-червепоклонники — обитают на станции Парк Победы. Иногда появляются на Арбатско-Покровской и Солнцевской линиях, Славянском бульваре и в Метро-2 (бывшие правительственные коммуникации). Являются людоедами, которых возглавляют жрецы культа Великого Червя — неолуддитствующие философы.

Ясеневская община - описывается в официальном фанфике-приквеле. Включает станции Калужско-Рижской линии за Коньково, отделена от основного метро станциями-притонами, на которых обитает криминалитет. Сама община практически автономна, руководство осуществляют отставные военные, основное население — мирные жители.

Чёрные — человекообразные существа с землисто-чёрной кожей, пытающиеся наладить контакт с людьми. Логово чёрных находится в бывшем Главном ботаническом саду. Через станцию Ботанический сад продвигаются в сторону ВДНХ. По-видимому, обладают возможностью психического воздействия, вызывая у людей не проходящий панический страх. Издают громкий заунывный вой. Весьма живучи — продолжают двигаться вперёд, даже будучи прошиты пулемётной очередью.

Библиотекари — существа, по пропорциям тела несколько напоминающие гориллу. Обитают в руинах Библиотеки имени Ленина. Атакуют любой источник шума. Имеют острые загнутые когти, которыми могут наносить страшные раны. Способны подражать человеческой речи. Скорее всего, продукт мутации человека.

Приезжие — существа, обитающие в районе Павелецкого вокзала и периодически пытающиеся проникнуть на станцию Павелецкая, где не установили гермоворота. Облик в романе не описан, сообщается лишь, что за ними тянется слизистый след. В романе-сиквеле "Метро 2034" описаны как огромные прямоходящие монстры с клешнеобразными передними лапами, гладкой белой кожей, подергивающимся мощным загривком, нетерпеливо переступающими ногами, изогнутыми слишком во многих сочленениях. Слепы, но обладают хорошим чутьём.

Стайные хищники, имеющие лоснящуюся бурую шерсть, огромную круглую голову, пасть, усеянную десятками мелких острых зубов, которые, кажется, росли в несколько рядов. Являются, в свою очередь, частой добычей птеродактилей. Выслеживая жертву, прячутся в городских переулках, затем пытаются окружить её и атаковать. Способны собираться для атаки в большие группы (однажды чуть не захватили станцию). Будучи ранены, издают стоны, похожие на человеческие.

«Птички» (птеродактили) — крупные летающие хищники, имеют кожистые крылья. Вероятно, делятся на два вида, один из которых предпочитает гнездиться на возвышенных местах (упоминается гнездо на Храме Христа Спасителя), другой — на уровне земли (гнездо в вестибюле станции ВДНХ). Мутировали из птиц; как минимум один вид, возможно, мутировал из голубей.

Существо, обитающее в Кремле — представляет собой биологическое оружие, сброшенное на Кремль во время войны и превратившееся под воздействием радиации в гигантскую колонию бактерий, способную применять психологическую атаку.