« Chasing Vermeer » est un livre de fiction qui enseigne aux jeunes lecteurs l’art, l’écriture, les mathématiques et l’histoire d’une manière amusante et passionnante. À travers un vol d’art et d’autres événements mystérieux, les personnages principaux, Petra et Calder, deviennent amis, deviennent plus courageux et résolvent un crime artistique.
Le livre s’ouvre alors que trois individus inconnus reçoivent des lettres d’un individu inconnu leur demandant de l’aide pour corriger un crime impliquant l’art. Cette lettre les menace, leur disant que s’ils s’adressent aux autorités, leurs vies seront en danger. Le chapitre suivant présente les deux personnages principaux, Calder et Petra. Ce sont des étudiants de onze ans à l’University School, située près de Chicago. Ils sont tous les deux uniques, intelligents et s’intéressent aux motifs et au monde qui les entoure. Après avoir vu Mme Hussey acheter des livres sur le crime et l’art, puis avoir lu sur le vol de The Lady Writing de Vermeer, ils commencent à s’inquiéter que leur professeur soit en quelque sorte mêlé à ce vol. Bientôt, beaucoup de leurs proches sont des suspects potentiels, alors ils décident qu’ils devraient aider à résoudre ce crime.
Alors que ces deux enfants deviennent profondément immergés dans ce mystère, ils sont inondés de tant d’indices et de connexions possibles qu’ils se demandent comment ils sauront un jour quels indices sont réellement importants. Grâce à l’aide d’un livre intitulé « Lo! » par Charles Fort, les pentominos de Calder et La Dame du tableau trouvé dans les rêves de Petra, les enfants découvrent que le tableau se trouve très probablement sur le terrain de leur école. Après avoir fouillé plusieurs bâtiments, ils décident intuitivement que le meilleur endroit pour cacher le tableau serait le Delia Dell Hall, un magnifique bâtiment ancien dont de nombreux détails ressemblent à ceux des peintures de Vermeer.
Une fois que le tableau est retrouvé caché dans un mur dans une cage d’escalier, Calder et Petra courent pour sauver leur vie alors que des alarmes hurlent derrière eux. Bientôt, ils se rendent compte qu’ils sont suivis par un homme. Grâce à la bravoure de Calder, Petra parvient à s’échapper de l’homme poursuivant mais perd bientôt le tableau alors qu’elle et un officier de police recherchent Calder. Une fois de plus, par intuition, Petra se réapproprie le tableau et trouve un Calder blessé, mais vivant.
A la fin de l’histoire, l’auteur explique et donne de nombreux indices et coïncidences trouvés dans ce livre. Comme elle l’avait déclaré dans son introduction au début du livre, les indices trouvés dans ce livre ressembleraient à ceux trouvés en jouant avec des pentominos. Des indices apparaissaient apparemment au hasard, et à la fin, les indices se réunissaient pour résoudre le puzzle. Le livre se termine lorsque le tableau est restitué au musée, le crime contre Vermeer décrit au début du livre est rectifié et les personnages principaux et leurs proches sont en sécurité.