这部作品叙述法国博物学家阿龙纳斯教授在海洋深处旅行的故事。故事发生在1866年，当时海上发现了一只被断定为独角鲸的大怪物，他接受邀请参加追捕，在追捕过程中不幸落水，从而发现这是一艘构造奇妙的潜水艇。潜艇是船长尼莫在大洋中的一座荒岛上秘密建造的，尼莫船长邀请阿龙纳斯作海底旅行。他们看到许多罕见的海生动植物和水中的奇异景象，又经历了许多险情。最后，当潜艇到达挪威海岸时，阿龙纳斯不辞而别，把他所知道的海底秘密公布于世。