Nowy Jork, rok 1867: profesor Aronnax wsiada na pokład fregaty, okrętu amerykańskiej marynarki wojennej, w celu asystowaniu przy polowaniu na olbrzymiego narwala, którego agresywność wobec różnych statków niepokoi armatorów na całym świecie. Po długim pościgu fregata nareszcie napotyka potwora i zbliża się do niego, ale spotkanie z nim przebiega źle: po krótkim stawianiu mu czoła, uczony spada do morza w towarzystwie jego sługi Conseila i harpunnika Neda Landa. Chroniąc się na grzbiecie domniemanego narwala, trzej ludzie szybko stwierdzają, że nie chodzi tu o żadne zwierzę, ale o ogromny aparat ze stalowej blachy. Wciągnięci do wewnątrz, stają przed obliczem zagadkowego kapitana Nemo, który zaprojektował i zbudował tę nadzwyczajną łódź podwodną, ochrzczoną mianem „Nautilus”. Człowiek ten, którego ani narodowość ani prawdziwa tożsamość nie będą poznane, wydaje się pałać gwałtowną nienawiścią ku krajowi, którego nazwa nigdy nie zostanie wypowiedziana, i atakuje statki noszące jego banderę. Mimowolni goście kapitana, którzy od tej chwili poznają sekret „Nautilusa”, zupełnie przestają mieć nadzieję, że kiedyś zostaną wypuszczeni na wolność. Aronnax dobrze przystosowuje się do takiej sytuacji, ponieważ może zadowolić swoją namiętność do ichtiologii, bowiem w tych niesamowitych okolicznościach rozsuwane ściany „Nautilus” odsłaniają mu cuda głębin Pacyfiku i Atlantyku. W czasie podróży po tym podwodnym świecie poznaje emocje badań w skafandrze nurka, odwiedza łowiska perłopławów przy Cejlonie i pochłania wzrokiem zatopione ruiny Atlantydy. W ciągu tej podróży będzie też przeżywał dramatyczne chwile przy pokonywaniu ławicy lodowej bieguna południowego, gdzie okręt podwodny zostaje zamknięty w lodowej pułapce. Później razem z Nedem Landem uczestniczy w walce z olbrzymimi ośmiornicami, które atakują załogę i przy tej okazji może podziwiać męstwo kapitana Nemo. Pomimo sympatii, jaką odczuwa do tego wyjątkowego osobnika, uczony jest oburzany, widząc jak bezlitośnie rozpruwa ostrogą swego statku okręt wojenny, który ruszył za nim w pościg. Ustępując przed naleganiami Conseila i Landa, ucieka z nimi w okrętowej łódce właśnie w chwili, gdy „Nautilus, wciągnięty w wir Maelstromu, wydaje się być kompletnie zniszczony. Zbiegom jakoś udaje się wyjść ze śmiertelnego niebezpieczeństwa i zostają zabrani przez norweskich rybaków, jednak „Nautilus” już się nie ukaże. Czy Nemo zginął? Czy kiedyś zostanie poznane jego prawdziwe nazwisko i narodowość? Dla profesora Aronnaxa te pytania pozostają bez odpowiedzi.