1866年，法国生物学家阿龙纳斯带着仆人康塞尔和捕鲸手尼德兰追踪一个出没在海上的“怪物”，终来到了一艘名为“诺第留斯”号的潜艇上。“诺第留斯”号的艇长尼摩艇长是一个不明国籍的神秘人物，他在荒岛上秘密建造的这艘潜艇不仅异常坚固，而且结构巧妙，能够利用海洋提供能源。阿龙纳斯三人跟随尼摩艇长在海底做了两万里的环球航行，穿越了太洋、印度洋、红海、地中海和南北两极的海洋，欣赏到了海底优美的景和庞贝古城等遗址，也经历了潜艇搁浅、被攻击、冰山挡道等种种危险，甚至有艇员受伤死去。后来，潜艇不幸遭遇大旋流。阿龙纳斯和他的仆人及捕鲸手被甩出了“诺第留斯”号，但尼摩艇长和“诺第留斯”号不知所踪，成为一个谜。