Pierre Aronnax è un docente universitario di storia naturale a Parigi, famoso per la sua opera sulla vita sottomarina. Prende parte insieme al domestico Conseil e al fiociniere Ned Land a una spedizione per liberare definitivamente i mari da un misterioso mostro marino che affonda le navi.
I tre si imbattono nella creatura nel Mar del Giappone. Durante lo scontro vengono scaraventati in acqua e si ritrovano aggrappati al famigerato mostro. In realtà non di mostro si tratta, ma del sottomarino corazzato Nautilus, mezzo sconosciuto in quel tempo, nel quale saranno ospiti/prigionieri del Capitano Nemo.
Ha inizio così la loro incredibile e affascinante peregrinazione nel profondo e alla superficie degli oceani, fino al giorno in cui verrà loro rivelata la personalità del capitano, strano personaggio chiuso in se stesso e astioso verso il mondo terreno:  un vendicatore spietato dei torti subiti dal suo paese - l'India - per il quale l' incanto delle solitudini sottomarine è intensamente legato all' odio verso l' Inghilterra e l' imperialismo ottocentesco.
Vani i continui tentativi di fuga da parte di Ned Land: i personaggi visiteranno Atlantide, combatteranno contro calamari giganti e altri strani e fantastici animali marini, navigheranno sotto il canale di Suez.
Solo dopo mesi, un nuovo tentativo di fuga ha successo. In quegli istanti il Nautilus viene risucchiato dal terribile gorgo del Maelstrom e, scaraventati fuori dalla nave, i tre ospiti si risvegliano nella capanna di un pescatore in una delle isole Lofoten.