Действие повести происходит на Землепредположительно в 1970-е годы в городке Хармонт, в выдуманной англоязычной стране[14].
Примерно за 13 лет[15] до начала описываемых в книге событий в нескольких местах на земном шаре возникает шесть «зон» — областей, в которых начинают происходить странные явления, нарушающие известные законы физики. Зоны расположены вдоль плавной линии на поверхности Земли, проекции так называемого радиантаПильмана — точки, лежащей на прямой, соединяющей Землю и Денеб. Быстро выяснилось, что людям и животным проживать в Зонах очень опасно, и всё население было из них срочно эвакуировано. Территории Зон были обнесены ограждением, взяты под строгую охрану и официально стали предметом осторожного научного изучения. Также очень быстро обнаруживается, что в Зонах много артефактов непонятного предназначения. Некоторые из них весьма полезны — например, могут лечить болезни, некоторые просто странные игрушки, а некоторые — крайне опасны.
Предполагается, что Зоны созданы представителями внеземной цивилизации, и строится множество гипотез, по-разному объясняющих, что они собой представляют и каким образом нужны инопланетянам для контакта с жителями Земли. Один из героев книги, лауреат Нобелевской премии доктор Валентин Пильман, образно предполагает, что все артефакты — «пустышки», «этаки», «браслеты» — это всего лишь космический мусор, оставленный инопланетянами на планете Земля во время случайного посещения, сродни пустым банкам и бутылкам, забытым после человеческого пикника на обочине дороги.
Одна из основных тем — нравственный выбор тех, в чьи руки попадают артефакты Зоны, то, как ими воспользуется человечество, которое, строго говоря, плохо понимает, в чём предназначение этих опасных вещей, неизвестно зачем оставленных пришельцами.
Одна из Зон находится в черте города Хармонт. Главный герой книги Рэдрик Шухарт, житель Хармонта, становится сталкером, то есть зарабатывает на жизнь, вынося из Зоны артефакты, обладающие необычными свойствами и стоящие больших денег. Сюжет произведения складывается из отдельных эпизодов жизни Шухарта (в начале повести ему 23 года, в конце — 31). Большую часть жизни он был нелегальным сталкером, то есть преступником, в связи с чем сидел в тюрьме, хотя известно, что в молодости он работал лаборантом Хармонтского филиала Международного института внеземных культур.
У сталкеров, как правило, рождались дети с многочисленными физическими и биологическими отклонениями от нормы, причины этой аномалии медицина найти не могла (в частности, радиации и химических токсикантов в атмосфере Зоны не было). Не избежала этой участи и единственная дочь Шухарта — Мария (домашнее прозвище Мартышка). Рэдрик любит жену и дочь, но заботиться о них постоянно у него не получается из-за частых отсидок. Тем не менее он не может отказаться от походов в Зону, разрушающую его жизнь (отчасти из-за желания получать большие деньги и не считать их, но главным образом — из-за магнетического притяжения Зоны, понятного только настоящему сталкеру). Только в Зоне он чувствует себя на своём месте и жить без неё уже не может.
В конце книги Шухарт планирует и осуществляет свою заключительную миссию в Зоне: он решает найти «Золотой шар» — артефакт, который, согласно легенде, может выполнить самое сокровенное желание того, кто его обнаружит. Шухарт идёт к Шару, будучи глубоко разочарованным жизнью человеком, в последней надежде вылечить дочь. Сложность миссии состоит не только в том, что дорога к Шару смертельно опасна, но и в том, что последняя ловушка на пути к нему требует жертвы — одной человеческой жизни. И Шухарт приносит эту жертву в виде своего спутника, юноши, который напросился к нему в ученики — Артура Барбриджа.
Отец Артура — старейший сталкер по прозвищу Стервятник, известный тем, что ходившие с ним в Зону часто не возвращались. У Барбриджа двое нормальных здоровых детей — исключение среди сталкеров. Барбридж по секрету сообщил Шухарту, что вымолил себе детей у Золотого шара. Сам он больше не может дойти до места, где находится артефакт, потеряв в Зоне обе ноги — тогда его вытащил на себе Рэдрик. Стервятник раскрыл Шухарту местонахождение Шара и расставленные на пути к нему ловушки, одна из которых требует «жертвоприношения» («мясорубка»), не только из благодарности — он надеется, что Шухарт сможет вернуть ему ноги.
Финал книги остаётся открытым — Артур погибает в «мясорубке», Рэдрик подползает к Шару, тщетно пытаясь сформулировать своё самое сокровенное желание. Он вспоминает всю свою искалеченную жизнь, пытается вспомнить что-то светлое, но не получается. В итоге он не может придумать ничего, кроме того, что воскликнул Артур за несколько секунд до своей смерти: «Счастье для всех, даром, и пусть никто не уйдёт обиженный!»