Narrator opowiadania, Francis Wayland Thurston, relacjonuje swoje odkrycie różnych notatek pozostawionych przez jego wielkiego wuja, George’a Gammella Angella, wybitnego profesora języków semickich na Uniwersytecie Browna w Providence, Rhode Island, który zmarł zimą 1926 roku po tym, jak został poturbowany przez „nautycznie wyglądającego Murzyna”.
Pierwszy rozdział, „Groza w glinie”, dotyczy małej rzeźby płaskorzeźbiarskiej znalezionej wśród notatek, którą narrator opisuje: „Moja nieco ekstrawagancka wyobraźnia podsuwała mi jednocześnie obrazy ośmiornicy, smoka i ludzkiej karykatury. … Mięsista, mackowata głowa górowała nad groteskowym, łuskowatym ciałem z rudymentarnymi skrzydłami”. Rzeźba jest dziełem Henry’ego Anthony’ego Wilcoxa, studenta Rhode Island School of Design, który oparł swoje dzieło na delirycznym śnie o „wielkich cyklopowych miastach z tytanicznych bloków i podniebnych monolitów, ociekających zieloną maźą i złowrogich z ukrytą grozą”. Odniesienia zarówno do Cthulhu, jak i R’lyeh znajdują się w listach pisanych przez Wilcoxa.
Angell odkrywa również doniesienia o „skrajnych chorobach psychicznych i wybuchach grupowego szaleństwa lub manii” na całym świecie (w Nowym Jorku „rozhisteryzowani Lewantyńczycy” tłumią policję; w Kalifornii kolonia teozofów ubiera się w białe szaty w oczekiwaniu na „chwalebne spełnienie”).
Drugi rozdział, „Opowieść o inspektorze Legrasse”, omawia pierwszy raz, kiedy Profesor usłyszał słowo „Cthulhu” i zobaczył podobny obraz. Louis, Missouri, funkcjonariusz policji z Nowego Orleanu, John Raymond Legrasse, poprosił zgromadzonych antykwariuszy o zidentyfikowanie bożka wyrzeźbionego z tajemniczego zielonkawo-czarnego kamienia. Legrasse odkrył relikwię kilka miesięcy wcześniej na bagnach na południe od Nowego Orleanu, podczas obławy na domniemany kult voodoo. Bożek przypominał rzeźbę Wilcoxa i przedstawiał „rzecz, która wydawała się być instynktowna z przerażającą i nienaturalną złośliwością, była nieco rozdęta i przykucnięta na prostokątnym bloku lub postumencie pokrytym nieczytelnymi znakami.”
1 listopada 1907 roku Legrasse poprowadził partię kolegów policjantów w poszukiwaniu kilku kobiet i dzieci, które zniknęły ze społeczności squatterów. Policja znalazła „dziwnie pomarszczone” ciała ofiar, wykorzystywane w rytuale, w którym 100 mężczyzn – wszyscy „psychicznie nienormalni” – „ryczeli, charczeli i wili się” i wielokrotnie skandowali frazę: „Ph’nglui mglw’nafh Cthulhu R’lyeh wgah’nagl fhtagn”. Po zabiciu pięciu z uczestników i aresztowaniu 47 innych, Legrasse przesłuchał mężczyzn, po czym poznał „centralną ideę ich ohydnej wiary”:
„Czcili, tak mówili, Wielkich Starców, którzy żyli wieki przed tym, zanim pojawili się ludzie …. i … stworzyli kult, który nigdy nie umarł … ukryty w odległych pustkowiach i mrocznych miejscach na całym świecie, aż do czasu, gdy wielki kapłan Cthulhu, ze swego mrocznego domu w potężnym mieście R’lyeh pod wodami, powstanie i ponownie ujmie ziemię pod swoje panowanie. Pewnego dnia zawoła, gdy gwiazdy będą gotowe, a tajemny kult zawsze będzie czekał, by go wyzwolić.”
Więźniowie identyfikują skonfiskowanego bożka jako samego Cthulhu i tłumaczą swoje tajemnicze zdanie jako „W swoim domu w R’lyeh, martwy Cthulhu czeka śniąc”. Jeden ze szczególnie gadatliwych kultystów, znany jako Old Castro, nazwał centrum swojego kultu Irem, miastem filarów w Arabii, i odniósł się do zdania z Necronomiconu: „To nie jest martwe, co może wiecznie leżeć, I z dziwnymi eonami nawet śmierć może umrzeć.”
Jeden z naukowców obecnych na spotkaniu, William Channing Webb, profesor antropologii w Princeton, twierdzi, że podczas wyprawy na zachodnie wybrzeże Grenlandii w 1860 r. napotkał „osobliwe plemię zdegenerowanych Eskimosów, których religia, osobliwa forma kultu diabła, zmroziła go swoją rozmyślną krwiożerczością i odrazą”. Webb twierdzi, że grenlandzki kult posiadał zarówno ten sam śpiew, jak i podobny „ohydny” fetysz. Thurston, narrator, zastanawia się, że „Moja postawa była nadal jednym z absolutnego materializmu, tak jak chciałbym, żeby nadal była.”
W trzecim rozdziale, „Szaleństwo z morza”, Thurston czyta artykuł z 18 kwietnia 1925 roku, z Sydney Bulletin, australijskiej gazety. Artykuł informuje o odkryciu na Oceanie Spokojnym opuszczonego statku, na którym ocalał tylko jeden człowiek – norweski żeglarz Gustaf Johansen, drugi oficer na pokładzie szkunera Emma, który pierwotnie wypłynął z Auckland w Nowej Zelandii. 22 marca Emma natknęła się na silnie uzbrojony jacht Alert, którego załogę stanowili „dziwni i źle wyglądający Kanakowie i pół-Kastowie” z Dunedin. Zaatakowana przez Alert bez prowokacji, załoga Emmy zabiła wszystkich na pokładzie, ale straciła w walce swój własny statek. Zaopatrzeni w statek przeciwnika, ocalali członkowie załogi płyną dalej i docierają do niezbadanej wyspy w pobliżu 47°9′S 126°43′W / 47.150°S 126.717°W. Z wyjątkiem Johansena i kolegi marynarza (który zmarł w drodze powrotnej do Auckland w Nowej Zelandii na skutek obłędu spowodowanego widokiem tego, co znajdowało się na owej niezbadanej wyspie), pozostali członkowie załogi giną na wyspie. Johansen nigdy nie ujawnia przyczyny ich śmierci.
Thurston podróżuje do Nowej Zelandii, a następnie do Australii, gdzie w Muzeum Australijskim ogląda wydobytą z Alertu statuetkę z „głową mątwy, ciałem smoka, łuskowatymi skrzydłami i hieroglifowanym postumentem”. Podczas pobytu w Oslo Thurston dowiaduje się, że Johansen zmarł nagle podczas spotkania z dwoma Lascarami w pobliżu doków w Göteborgu. Wdowa po Johansenie przekazuje Thurstonowi manuskrypt napisany przez jej zmarłego męża, który ujawnia losy wszystkich osób znajdujących się na pokładzie Emmy. Niezbadana wyspa opisana jest jako „wybrzeże błota, mułu i chwastów cyklopowego muru, które nie może być niczym innym, jak namacalną substancją najwyższego terroru ziemi – koszmarnego trupio-miasta R’lyeh”. Załoga z trudem pojmuje nieeuklidesową geometrię otoczenia. Kiedy jeden z marynarzy przypadkowo otwiera „potwornie rzeźbiony portal”, uwalnia Cthulhu:
„Podreptał chrapliwie w stronę widoku i z trudem przecisnął swój galaretowaty, zielony ogrom przez czarne drzwi. … Gwiazdy znów się zgadzały, a to, czego odwieczny kult nie zdołał dokonać zgodnie z zamysłem, grupa niewinnych żeglarzy uczyniła przez przypadek. Po wielu milionach lat Wielki Cthulhu znów był wolny i żądny rozkoszy.”
Przed ucieczką z członkami załogi, z których prawie wszyscy giną, Johansen opisuje Cthulhu jako „górę, która szła lub potknęła się”. Johansen i żeglarz o imieniu Briden wspinają się na pokład jachtu, zanim odpłyną. Jednak Cthulhu nurkuje w oceanie i ściga ich uciekający statek. Na szczęście Johansen odwraca swój jacht i wbija go w głowę stwora, która pęka z „paskudną breją jak u słonecznicy” – tylko po to, by natychmiast zacząć się regenerować. Alert ucieka z R’lyeh, a Briden popada w obłęd i umiera wkrótce potem. Po zakończeniu manuskryptu, Thurston zdaje sobie sprawę, że jest teraz możliwym celem, myśląc: „Wiem za dużo, a kult wciąż żyje”
.