故事主要讲述"鹦鹉螺号"（诺第留斯号）的故事。1866年，有人以为在海上见到了一条独角鲸，出于对航海安全的考虑，也是在公众的呼吁下，由美国派遣了亚伯拉罕·林肯号对"海怪"进行追逐。法国生物学家阿龙纳斯教授受邀参加了这次追逐行动。结果，追逐怪物的战舰反被怪物追逐，并遭到"海怪"的凶猛袭击。阿龙纳斯教授和他的仆人康塞尔，以及一名捕鲸手尼德兰落水，被"海怪"所救，此后便被尼摩船长囚禁在这艘神秘的潜艇中，之后便开始了海底两万里的环球旅行，并发现这是一艘名为鹦鹉螺号的潜艇。最后，他们设法逃走，重回陆地。

　　尼摩是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，能够利用海洋来提供能源，他们依靠海洋中的各种动植物来生活。潜艇艇长对战俘倒也优待;只是为了保守自己的秘密，潜艇艇长尼摩从此之后不再允许他们离开。阿龙纳斯一行人别无选择，只能跟着潜水艇周游各大洋。在旅途中，阿龙纳斯一行人遇到了无数美景，同时也经历了许多惊险奇遇，例如:在巴布亚新几内亚他们的船搁浅了，遇到当地土著人的攻击，尼摩船长用他连接在金属梯子上的闪电挡住土著人进入鹦鹉螺号;在南极他们被困在厚厚的冰下，船上极度缺氧。但船上所有人轮流用工具和开水把底部厚10米的冰盖砸开，逃上大海;在大西洋鹦鹉螺号被章鱼所困扰，他们拿斧头和章鱼展开肉搏战，一名船员惨死;在北大西洋鹦鹉螺号遇到一艘英国驱逐舰的炮轰，除那三位俘虏外个个义愤填膺，用鹦鹉螺号的冲角把驱逐舰击沉;在印度洋的珠场和鲨鱼展开过搏斗，捕鲸手尼德·兰德手刃了一条凶恶的巨鲨。他们眼中的海底，时而景色优美、令人陶醉;时而险象丛生、千钧一发。通过一系列奇怪的事情，阿龙纳斯终于了解到神秘的尼摩船长仍与大陆保持联系，用海底沉船里的千百万金银来支援陆地上人们的正义斗争。