1866年，在海上發(fā)現(xiàn)了一頭被認(rèn)為是獨(dú)角鯨的大怪物。法國生物學(xué)家阿龍納斯應(yīng)邀參加追捕。追捕過程中，阿龍納斯、他的仆人康塞爾和捕鯨叉手尼德.蘭三人，發(fā)現(xiàn)這怪物不是什么獨(dú)角鯨，而是一艘構(gòu)造奇妙的潛艇。
潛艇船長尼摩，是個(gè)不明國籍、自稱“跟整個(gè)人類斷絕了關(guān)系”的神秘人物，身材高大，神情自信、堅(jiān)毅。尼摩邀請阿龍納斯參觀了這艘令人驚嘆的現(xiàn)代工業(yè)的杰作—一諾第留斯號；它利用海浪發(fā)電，供給船上熱、光、動力；它所需的一切都取自海洋。它是尼摩在大洋中的一個(gè)荒島上秘密建造起來的。
阿龍納斯及其同伴乘諾第留斯號，從太平洋出發(fā)，開始了海底探險(xiǎn)旅行。透過潛艇玻璃窗，海洋把各種光怪陸離的景象展現(xiàn)在他們面前：應(yīng)有盡有的海底植物，空中飛鳥般的各種魚類，以及到處皆是的形形色色的節(jié)肢動物、軟體動物……使人目不暇接。他們觀察著，研究著。途經(jīng)克利斯波島，潛艇停在海底，他們穿上潛水衣，漫步在海底平原上，用特制的步槍在海底森林里打獵。書中描寫海底奇妙的世界，令人稱奇：
這真是一片奇妙又少見的海底森林，生長的都是高大的木本植物，小樹上叢生的枝權(quán)都筆直伸向洋面。沒有枝條，沒有葉脈，像鐵桿一樣。在這像溫帶樹林一般高大的各種不同的灌木中間，遍地生長著帶有生動花朵的各色珊瑚。美麗極了！
爾后，潛艇經(jīng)歷了擱淺、土人圍攻等危險(xiǎn)，安然駛向印度洋。這時(shí)發(fā)生了一件離奇的事。尼摩船長從海面上望見了什么，突然充滿了憤怒和仇恨。他粗暴地把阿龍納斯及其同伴們禁閉在小房間里，并強(qiáng)迫他們?nèi)怂�。翌日，阿龍納斯醒來，尼摩船長請他治療一個(gè)身受重傷的船員。船員不治身死。尼摩船長哀痛地帶著送葬隊(duì)伍，把死者埋在海底光彩奪目、瑰麗無比的珊瑚樹林里。他說：在這里，珊瑚蟲會把死者永遠(yuǎn)封閉起來，不受鯊魚和人的欺負(fù)！
印度半島南端的錫蘭島在面前了。阿龍納斯接受尼摩船長的建議，步行到海底采珠場。忽然，有條巨鯊向采珠人撲來。尼摩船長手拿短刀，挺身跟鯊魚搏斗。在尼摩船長被鯊魚的巨大軀體所壓倒，危在旦夕時(shí)，尼德？蘭迅速投出利叉，擊中鯊魚的心臟。船長救起那個(gè)窮苦的采珠人，又從自己口袋里取出一包珍珠送給他。由此，阿龍納斯感到在尼摩身上有兩點(diǎn)值得注意：一是他無比勇敢，二是他對人類的犧牲精神�？磥�，這個(gè)古怪的人還沒有完全斬?cái)嗨麗廴祟惖母星椤?BR>
從紅海到地中海，若走好望角，需繞行非洲一周。但尼摩船長沿著他所發(fā)現(xiàn)的一條阿拉伯海底通道潛行，不到二十分鐘，就通過蘇伊土地峽，到達(dá)地中海。書中寫道：諾第留斯在沿著又黑又深海底地道直沖過去。隨著地道的斜坡，潛艇像箭一般隨急流而下。地道兩邊狹窄的高墻上，只見飛奔的速度在電光下所畫出的輝煌紋路，筆直成條。令我們心跳不止。
潛艇向康地島駛?cè)ァ＿@時(shí)，又發(fā)生了一件蹊蹺事：隨著凌晨潛艇窗前一個(gè)潛水人的出現(xiàn)，尼摩船長從櫥內(nèi)取出數(shù)百萬黃金，寫上地址，派人用小艇送走。這么多金子送到哪里呢？阿龍納斯覺得，神秘的尼摩與陸地仍有某種聯(lián)系。
潛艇穿過桑多林島火山區(qū)海域的沸騰的水流，從直布羅陀海峽出來，駛到大西洋，停在維多灣海底。這里是1702年時(shí)的海軍戰(zhàn)場，當(dāng)時(shí)給西班牙政府運(yùn)送金銀的船只在此沉沒，海底鋪滿了金銀珠寶。尼摩派出船員，把千百萬金銀裝進(jìn)潛艇。阿龍納斯對這許多財(cái)富不能分給窮人表示惋惜。船長聽了激動地回答：“我打撈這些財(cái)物是為了我自己嗎？你以為我不知道世上有無數(shù)受苦的人們，有被壓迫的種族，有要報(bào)仇的犧牲者嗎？”阿龍納斯于是明白了尼摩船長那次途經(jīng)康地島時(shí)送出去的數(shù)百萬金子是給誰的。
在大西洋海底，阿龍納斯隨尼摩船長去做了一次新奇旅行；他們腳踩在沉沒了的大陸——一大西洋洲的一座山峰上，觀賞一座火山的海底噴火口噴出硫磺火石的奇景。眺望山腳下一座破壞了的城市—一整個(gè)沉沒水底的龐貝城。書中描述傳說中的海底古城：
遠(yuǎn)處是一座火山。山峰下面，在一般的石頭和渣滓中間，一個(gè)闊大的噴火口吐出硫磺火石的急流，四散為火的瀑布，沒入海水里，照著海底下的平原，一直到遠(yuǎn)方的盡頭，我的眼下是一座破壞了的城市，倒塌的房屋，破損零散的拱門，倒在地上的石柱。遠(yuǎn)一點(diǎn)，是一些小型工程的廢墟。更遠(yuǎn)一些，有一道道倒塌下來的城墻，寬闊無人的大陸，整個(gè)水下淹沒的龐貝城，現(xiàn)在都復(fù)活過來，出現(xiàn)在我眼前了。
然后，諾第留斯號大膽向南極進(jìn)發(fā)，潛艇航行在成群的鯨魚中間。尼德？蘭要求追打鯨魚。尼摩部長不同意傷害這些善良無害的長須鯨。當(dāng)海面上出現(xiàn)殘酷的大頭鯨向長須鯨進(jìn)攻時(shí)，尼摩船長決定援救長須鯨。諾第留斯號用它那鋼制的沖角，直穿大頭鯨。經(jīng)過一場惡斗，海上滿浮著大頭鯨的尸體。穿過南極點(diǎn)后，潛艇又歷經(jīng)冰山封路、章魚襲擊等險(xiǎn)情，都是尼摩船長以驚人的冷靜和毅力，帶領(lǐng)船員戰(zhàn)勝了困難。
最后，潛艇駛過被稱為風(fēng)暴之王的大西洋暖流，來到了一艘法國愛國戰(zhàn)艦沉沒的地點(diǎn)。尼摩滿懷激情地講述了這艘“復(fù)仇號”戰(zhàn)艦的歷史。這引起阿龍納斯的注意，把尼摩船長和他的同伴們關(guān)閉在諾第留斯號船殼中，并不是一種普通的憤世情緒，而是一種非常崇高的仇恨。那一夜在印度洋上，它不是攻擊了某些船只嗎？那個(gè)葬在珊瑚墓地的人，不正是諾第留斯號引起的沖突的犧牲者嗎？而在所有的海面上，人們也正在追逐這可怕的毀滅性機(jī)器！
當(dāng)諾第留斯號慢慢回到海面上來時(shí)，便有爆炸聲發(fā)出：有艘戰(zhàn)艦正向諾第留斯號發(fā)動攻擊。尼摩船長決心把它擊沉。阿龍納斯試圖勸阻，但船長說：“我是被壓迫，瞧，那就是壓迫者！由于他，所有一切我熱愛過的，尊敬過的，祖國、父母、愛人、子女他們?nèi)劳隽耍∷形页鸷薜囊磺�，就在那里！�?BR>
船長不愿這艘戰(zhàn)艦的殘骸跟“復(fù)仇號”的光榮殘骸相混，他把戰(zhàn)艦引向東方。第二天，可怕的打擊開始了！諾第留斯號故意讓敵人接近，再在推進(jìn)器的強(qiáng)大推動下，用那厲害的沖角對準(zhǔn)戰(zhàn)艦浮標(biāo)線以下的薄弱部位，從它身上橫穿過去！瞬間，戰(zhàn)艦船殼裂開，繼而發(fā)生爆炸，迅速下沉。它的桅檣架滿擠著遇難人。然后，那黑沉沉的巨體沒入水中，跟它一起，這群死尸統(tǒng)統(tǒng)被強(qiáng)大無比的漩渦卷走……
阿龍納斯目睹這場慘景，對尼摩船長極端厭惡：“雖然他從別的方面可能受過很大的痛苦，但他沒有權(quán)利來做這樣殘酷的報(bào)復(fù)。”阿龍納斯在船上聽到了尼摩船長的最后幾句話：“全能的上帝！夠了！夠了！”
