Abertura: O Ataque ao Acampamento Meio-Sangue
O filme começa com um flashback da infância de Percy Jackson, quando ele, sua mãe e outros semideuses enfrentaram monstros. É revelado que Thalia Grace, filha de Zeus, sacrificou-se para salvar seus amigos e acabou transformada em uma árvore por Zeus, criando a barreira mágica que protege o Acampamento Meio-Sangue.
No presente, Percy (Logan Lerman) ainda lida com a dúvida se realmente é um herói de destaque. Durante uma atividade no acampamento, os semideuses participam de uma competição de captura a bandeira. No meio do jogo, a barreira mágica é invadida por um Colchério (um touro mecânico gigante de bronze). Percy, com ajuda de Annabeth Chase (Alexandra Daddario), consegue derrotar o monstro, mas descobrem que a árvore de Thalia foi envenenada, comprometendo a proteção do acampamento.
A Missão e a Profecia
Os campistas ficam em alerta. O diretor do acampamento, o Sr. D (DionÃsio), e QuÃron (o centauro) informam que a única maneira de salvar a árvore é recuperando o Velocino de Ouro, artefato mágico capaz de curar qualquer ferida.
O lÃder arrogante do chalé de Ares, Clarisse La Rue (Leven Rambin), recebe oficialmente a missão de buscar o Velocino. Percy fica frustrado por não ter sido escolhido, mas uma profecia do Oráculo de Delfos reforça que seu destino ainda o aguarda. Annabeth, no entanto, acredita que Percy deve participar, e eles decidem partir por conta própria.
A Jornada Começa
Percy se une a Annabeth, a seu meio-irmão ciclope Tyson (Douglas Smith), e ao sátiro Grover Underwood (Brandon T. Jackson). O grupo parte em direção ao Mar de Monstros, conhecido no mundo mortal como Triângulo das Bermudas.
No caminho, eles enfrentam diversos perigos. Primeiro, são capturados por uma criatura marinha, mas conseguem escapar graças às habilidades de Percy como filho de Poseidon. Em seguida, Grover é sequestrado por Polifemo, um ciclope gigante que guarda o Velocino.
O Encontro com Luke
Enquanto avançam, Percy e os outros são interceptados por Luke Castellan (Jake Abel), antigo aliado que agora lidera um grupo de semideuses renegados. Luke revela seu plano: usar o Velocino de Ouro não apenas para curar a árvore de Thalia, mas para ressuscitar Cronos, o titã pai dos deuses, e destruir o Olimpo.
Luke tenta recrutar Percy para o seu lado, mas o herói recusa. Após um confronto, eles conseguem escapar por pouco.
A Viagem ao Mar de Monstros
A bordo de um táxi mágico conduzido pelas Três Graças, o grupo viaja em direção ao Mar de Monstros. As criaturas revelam, de forma enigmática, parte da profecia que cerca Percy, aumentando sua ansiedade sobre o futuro.
No mar, eles enfrentam Cila e CarÃbdis, dois monstros mitológicos. Tyson demonstra coragem, ajudando a salvar Annabeth e Percy, embora quase se sacrifique no processo.
A Ilha de Polifemo
O grupo chega à ilha de Polifemo, onde Grover está preso, disfarçado de noiva para enganar o ciclope. O plano é resgatar Grover e ao mesmo tempo pegar o Velocino de Ouro.
Clarisse, que também havia seguido para a ilha com sua equipe, aparece, e embora exista rivalidade, acabam unindo forças contra Polifemo.
Após uma luta intensa, eles conseguem derrotar o ciclope, salvar Grover e recuperar o Velocino.
O Retorno e a Armadilha de Luke
Com o Velocino em mãos, o grupo começa a retornar, mas Luke reaparece, toma o artefato e inicia o ritual para ressuscitar Cronos. Em uma cena dramática, o titã realmente desperta, emergindo como uma figura imponente de poder.
Percy e seus amigos enfrentam Cronos, mas não conseguem detê-lo. Quando parece que tudo está perdido, Tyson prova estar vivo e ajuda na batalha. Percy então usa suas habilidades com a espada Contracorrente e seus poderes de filho de Poseidon para destruir Cronos temporariamente, fazendo o titã se desintegrar em pedaços.
Luke, contudo, sobrevive e foge, jurando vingança.
O Velocino e a Ressurreição
De volta ao Acampamento Meio-Sangue, Clarisse, que foi a responsável oficial pela missão, recebe o crédito e deposita o Velocino de Ouro na árvore de Thalia. O artefato cumpre sua função e purifica a árvore envenenada, restaurando a barreira mágica.
No entanto, o poder do Velocino é tão forte que vai além da cura da árvore: ele também desperta Thalia Grace (Paloma Kwiatkowski) de seu estado adormecido.
Desfecho e a Nova Ameaça
O filme termina com a revelação impactante de que agora existem dois filhos dos Três Grandes (Zeus, Poseidon e Hades): Percy e Thalia. Isso coloca em risco a profecia que dizia que um dos filhos desses deuses decidiria o destino do Olimpo.
Annabeth e Percy percebem que a luta contra Cronos está longe de acabar e que o futuro será ainda mais incerto e perigoso.
