La acción de Marta y MarÃa transcurre en la localidad asturiana de Avilés, que el autor rebautizó para esta novela como «Nieva». MarÃa de Elorza es una mujer de clase alta, hermosa y de maneras delicadas. Su personalidad es una mezcla de frialdad exterior con un romanticismo novelesco y una religiosidad exacerbada, fanática. Está prometida con Ricardo, marqués de Peñalta y militar de artillerÃa. Marta, la hermana de MarÃa, es una jovencita de catorce años con un carácter práctico y sincero que contrasta con el de su hermana.
MarÃa lleva una vida mÃstica llena de renunciaciones y actos de caridad. Además, en una carta propone a su prometido seguir el ejemplo de Santa Isabel de HungrÃa y el duque de Turingia, quienes después de casados vivieron separados para siempre. Todo esto mortifica al joven militar, que poco a poco va desviando su atención hacia la joven Marta.
Movida por su misticismo y sus veleidades románticas, la devota MarÃa termina envuelta en un complot carlista para asaltar una fábrica de armas. Pretende incluso que Ricardo traicione a los suyos y le ayude en el proyecto.
Marta y MarÃa fue la primera novela de Palacio Valdés que alcanzó el éxito editorial, y fue traducida a varios idiomas. Adscrita a la corriente realista, dibuja con claridad las costumbres del Avilés de finales del siglo XIX.