Anjo mecânico apresenta o mundo que deu origem à série Os Instrumentos Mortais, sucesso de Cassandra Claire. Nesse primeiro volume, que se passa na Londres vitoriana, a protagonista Tessa Gray conhece o mundo dos Caçadores de Sombras quando precisa se mudar de Nova York para a Inglaterra depois da morte da tia. Quando chega para encontrar o irmão Nathaniel, seu único parente vivo, ela descobrirá que é dona de um poder que capaz de despertar uma guerra mortal entre os Nephilim e as máquinas do Magistrado, o novo comandante das forças do submundo.
Tessa Gray perdeu toda a sua família, o único parente que lhe resta é o seu irmão mais velho, Nathaniel Gray que mora em Londres. Sem ter para onde ir, ela atravessa o atlântico para morar com seu irmão, mas ao chegar a Londres ela é sequestrada pelas irmãs Sombrias, a sra. Black e a sra. Dark, duas senhoras nada amigáveis que também mantém o irmão dela em cativeiro.
Agora Tessa se vê presa em um cativeiro e com poderes sobrenaturais que nunca imaginou que teria. Ela é dona do estranho dom de poder se transformar em qualquer um apenas ao tocar um objeto dessa pessoa. Por isso a garota se torna valiosa para os membros do Clube Pandemônio, uma organização secreta dirigida pelas irmãs sombrias. Desse modo, Tessa é obrigada a treinar todos os dias e caso não obedeça às ordens das irmãs, seu irmão será morto.
Ela não sabe por que está sendo treinada até que um dia uma das empregadas das irmãs deixa escapar que ela está sendo treinada para se casar com o Magistrado. Horrorizada, Tessa tenta fugir, mas sua fuga é impedida por mais um dos esquisitos empregados das irmãs. Como quase nada no submundo escapa do conhecimento dos Caçadores de Sombras, Tessa logo é resgatada por eles, encontrando abrigo no Instituto de Londres.
Parcialmente segura dentro do Instituto, Tessa se sente em dúvida entre dois garotos Caçadores de Sombras, Will e Jem, mas ela não tem tempo para isso. Do lado de fora, uma caçada está sendo desenrolada em busca dela e o Magistrado fará qualquer coisa para tê-la sob o seu poder. Com a ajuda de estranhas máquinas humanoides e os autômatos, o novo líder do mal em Londres se infiltrará nos mais obscuros caminhos até chegar ao coração dos Caçadores de Sombras: o Instituto.