Der Roman ist ein Erlebnisbericht und handelt von Professor Aronnax und seinem Diener Conseil. Die Beiden machen sich auf die Suche nach dem unbekannten Seeungeheuer, das für zahlreiche rätselhafte Schiffsunglücke verantwortlich sein soll. Nach wochenlanger Suche im Nordpazifik wird das fragliche Objekt gesichtet. Es stellt sich heraus, dass es sich bei dem Seeungeheuer um die "Nautilus" handelt, das Unterseeboot des seltsamen Kapitäns Nemo. Der Professor und sein Diener verbringen eine Zeit auf dessen Schiff und erleben eine faszinierende Unterwasserwelt.