Kẻ cắp tia chớp được tường thuật theo ngôi thứ nhất. Người kể trong truyện là Percy Jackson, một cậu bé 12 tuổi sống tại New York mắc chứng khó đọc và ADHD. Trong chuyến tham quan về lịch sử Hy Lạp - La Mã tại Metropolitan Museum of Art, cậu đã giúp đỡ Grover Underwood chống lại kẻ bắt nạt mình bằng cách hất kẻ ấy vào bồn nước. Một trong số giáo viên đi theo cô Dodds, đã tách cậu ra khỏi các học sinh khác, dường như chuẩn bị phạt Percy. Tuy nhiên, Percy đã rất ngạc nhiên khi cô ấy biến đổi thành một sinh vật huyền thoại Hy Lạp Furies và bắt đầu tấn công cậu. Một giáo viên khác dạy tiếng Latin có tên Brunner, đột nhiên xuất hiện và ném cho Percy một cây bút có thể biến đổi thành một thanh kiếm. Percy theo bản năng vung tay chém con quái vật trước mặt mình và cô Dodds tan thành tro bụi. Khi Percy trở lại với các bạn của mình, cậu phát hiện ra các bạn không biết gì về sự kiện trong bảo tàng đồng thời cũng không biết giáo viên mang tên Dodds. Trong suốt năm học, Percy đã tự thuyết phục mình rằng tất cả chỉ là ảo giác, ngoại trừ việc người bạn của cậu Grover dường như đang che giấu một thứ gì đó. Một vài ngày trước khi kết thúc năm học, cậu đã nghe lén cuộc nói chuyện của Grover và thầy Brunner về cậu, cô Dodds, một vật phẩm bị đánh cắp; điều đó giúp cậu xác thực mối nghi ngờ của mình.
Percy và mẹ, Sally, có một chuyến nghỉ hè tại một bãi biển. Trong một cơn bão khủng khiếp, cả hai đã bị đánh thức bởi một chuyến thăm bất ngờ của Grover—Percy đã biết được rằng Grover không phải là một cậu thiêu niên mà là một satyr trẻ. Grover nói rằng họ đang gặp nguy hiểm và cả ba cần phải tới một trại hè bí ẩn. Khi vừa đến nơi, họ bị tấn công bởi Minotaur. Trong trận chiến, Minotaur đã hất tung Grover, bắt lấy Sally và làm tan biến bà ấy trong một tia sáng chói lòa. Tin rằng mình đã mất mẹ mãi mãi, Percy đã rất tức giận, cậu tấn công con quái vật, chặt gãy một chiếc sừng và giết con quái vật ấy; sau đó, cậu kéo Grover tới một trang tại và bất tỉnh tại đó. Cậu tỉnh dậy sau ba ngày và biết được nơi này là Trại Con Lai, Percy cũng đã biết được mình là một á thần: con của người thường và thần Hy Lạp.
Percy hòa mình vào cuộc sống của trại và gặp được nhiều á thần như: Luke Castellan, con trai của Hermes; Annabeth Chase, con gái của Athena; và Clarisse La Rue, con gái của Ares. Một sự cố đã xảy ra và Percy đã lộ ra khả năng á thần của mình; một con quái vật tấn công trại mà không bị cản lối bởi các phép thuật bảo vệ; Percy sau khi đánh bại con quái vật đã được công nhận bởi cha mình, thần Poseidon. Vài ngày sau, thầy Brunner (người thực ra là Nhân mã Chiron) gọi Percy tới Nhà Lớn và nói cho cậu về lời thề sẽ không có một đứa con á thần nào cách đây 70 năm của ba vị thần lớn nhất (Poseidon, Zeus, Hades); việc có sự xuất hiện của Percy đã làm lời thề bị phá vỡ. Điều này, cùng với việc tia chớp của thần Zeus bị đánh cắp đã làm tăng sự nghi ngờ giữ các vị thần; Percy có nhiệm vụ tìm lại tia chớp, trao trả cho thần Zeus trước khi một trận chiến giữa các vị thần bắt đầu. Cậu đã chọn Annabeth và Grover là bạn đồng hành của mình trong nhiệm vụ này
Sau một chuyến đi khắp nước Mỹ, họ đã đến Los Angeles, đánh bại vài con quái vật huyền thoại (bao gồm Medusa và Chimera), bộ ba đã tìm thấy Hades và được biết rằng Helm of Darkness (Chiếc mũ tàng hình—biểu tượng quyền lực của vị thần này) cũng đã bị đánh cắp. Hades buộc tội Percy đã ăn cắp biểu tượng của mình và đe dọa giết Percy và mẹ (người hiện đang là con tin) cùng với việc đưa người chết trở lại trần gian nếu chiếc mũ không được trả lại. Percy và các bạn đã trốn thoát trở về L.A và phát hiện ra rằng chính thần Ares mới là người đang nắm giữ các món đồ bị đánh cắp. Cậu đã thách đấu với Ares trong một trận đấu tay đôi và giành chiến thắng. Ares đã bị thương sau trận chiến, trước khi quay trở về Olympus, hắn đã bỏ lại cả hai món đồ. Percy đưa chiếc mũ cho người hầu của Hades để trả về cho ông. Hades biết được rằng Percy không phải là kẻ trộm nên đã cho Sally trở về nhà của mình
Percy trao trả tia chớp về cho thần Zeus, và ông đã tặng cho cậu một món quà là không giết cậu vì lời thề bị Poseidon phá vỡ. Cậu trở về trại và tận hưởng kỳ nghỉ hè tại đây. Vào ngày cuối của trại. Luke tiết lộ mình chính là kẻ trộm thực sự, cậu đang làm theo yêu cầu của Kronos, vua của các Titans. Kronos cũng đã thao túng Ares, một vị thần luôn khao khát quyền lực, vào kế hoạch này. Percy không tin rằng Luke, một người luôn được mọi người khen về tính cách, lại làm việc này. Luke giải thích lý do rằng cậu giận dữ với các vị thần vì sự vô trách nhiệm của họ. Luke đưa ra đề nghị cùng tham gia vào đội quân của mình với Percy. Khi Percy từ chối, Luke cùng với một con bọ cạp chứa chất độc chết người đã xông vào tấn công. Percy tuy đã giết chết con bọ cạp nhưng cũng đã bị nó chích, chất độc khiến cậu cận kề cái chết. Sau khi đã hồi phục, Percy phải đưa ra lựa chọn giữa việc ở quanh năm trong trại hay trở về nhà để bắt đầu một năm học mới. Sau một thời gian suy nghĩ, cậu đã chọn trở về sống với mẹ, bắt đầu một năm học mới vì cậu đã không còn phải học nội trú, dù điều này sẽ rất nguy hiểm với cậu.
