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聖火點燃儀式完全遵照古希臘傳統，分成三階段進行。
1.取火：由身著古希臘服飾、扮演最高女祭司的伊諾‧梅尼佳琪（Ino Menegaki）利用凹形反射鏡，聚集太陽光熱能，點燃代表「純淨」的奧運聖火火炬。
2.舞蹈：完成取火後，最高女祭司與其他祭司離開神廟，走到古奧林匹克競技場旁的山坡上，由男祭司與女祭司分別表演舞蹈。
3.接火：最高女祭司手捧著火種缽走到競技場與山坡交界處的石墩前，放下火種缽，朗誦完一段古希臘語後，再舉起火炬放入火種缽內，點燃火炬。
最後，最高女祭司右手持火炬，左手拿著橄欖枝，將聖火傳遞給第一棒火炬，同時將橄欖枝也交給火炬手，今年由32歲的希臘世界游泳冠軍斯皮洛斯‧吉安尼歐提斯（Spyros Gianniotis）擔任。
最高女祭司用古希臘語對著火炬手說：「將聖火傳遞到全世界，告訴人們奧運會即將開始。」而後一名女祭司，手捧著白鴿走到中央，放開白鴿。聖火點燃儀式到此全部結束。
聖火首先環繞雅典市區傳然後將經過希臘34座城市，長達3千多公里的路程，將由500人負責傳遞聖火。5月17日晚上回到雅典，18日搭乘飛機抵達英國倫敦，開始為期7天的奧運聖火傳遞活動，全程將近8,000英里（大約13,000公里），預有8千人參與聖火傳遞，7月27日抵達奧運倫敦的主場館。
