1866年，沿海各地发现了一只巨大的“海怪”下，阿龙纳斯教授和他的仆人康赛尔受邀去追捕它。他们和鱼叉之王尼德·兰一起乘坐在林肯号上，实时监测“海怪”的动向。没过多长时间，林肯号就和“海怪”不期而遇。可没想到，这“海怪”并非等闲之辈，速度追不上，炮弹打不中，鱼叉刺不穿。后来，这个“海怪”竟一气之下，撞向林肯号，导致阿龙纳斯教授、仆人康赛尔和尼德，兰先后掉入了“海怪”的体内。
三人在掉入“海怪”体内后，发现这所谓的海怪，其实是一个巨大的、构造奇妙的潜水艇。船长名叫尼莫，他的身份一直是个谜，这艘“鹦鸡螺”号也是他在荒岛建造出的。这艘船船身坚固， 利用海水发电，还有许多奇特的功能。
三人就这样在船上生活了下来 ，开启了环游海底世界的旅途。
有一天，潜艇游到了南极中。突然一块冰山翻倒砸到了“鹦鹉螺”号，整艘船陷入了冰山封路的困境。他们的船被封在冰层下面,船员面临压死或窒息的危险。尼摩船长一面鼓舞着大家，一面 想方设法带大家脱险。他们轮流用铁镐凿底部厚10米的冰盖，又用开水喷射，将潜艇拉到挖好的大坑中,灌满注水舱以增加重量，压碎了底部最后两米的冰层，最终脱险。
在环游海底的过程中,还经历了搁浅、土著人围攻、同鲨角博斗、章鱼袭击等险情。最后，当潜艇即将驶入人类文明社会时，遇到了北冰洋大风暴，三人从小艇逃出，被渔民救上了岸。
