В 1866 году на глаза мореплавателям стал попадаться необычный объект,
превосходящий кита скоростью и размерами. Газеты, а вслед за ними и
учёные, заинтересовались неизвестным объектом, который, после долгих
обсуждений, сочли неизвестным науке животным, предположительно —
гигантским нарвалом.
Академический интерес сменился сугубо практическим, когда в результате
столкновений с объектом несколько кораблей получили пробоины. Было
решено в 1867 году снарядить экспедицию на военном парусно-паровом
фрегате «Авраам Линкольн», принадлежащем флоту США, чтобы найти и
уничтожить опасное для мореплавания животное.
После долгих поисков экспедиция встречает в Тихом океане «неведомое
животное», но в результате столкновения с ним фрегат получает
повреждения, а находившиеся на нём профессор Аронакс[fr] (Pierre Aronnax), его слуга Консель[fr] (Conseil [консей] — совет) и гарпунёр Нед Ленд[fr] (Ned Land)
оказываются в воде, после чего попадают на борт подводной лодки,
которую, как выясняется, и принимали за «неведомое животное». Её хозяин
представляется как «капитан Немо» (лат. Nemo —
Никто). Он объявляет спасённым, что они находятся на борту
принадлежащего ему подводного корабля «Наутилус». Капитан Немо вместе со
своими товарищами порвал все связи с человеческим обществом и удалился в
океан, чтобы жить свободно. Втайне от всех построив и оснастив
«Наутилус» так, чтобы иметь на нём возможность практически
неограниченной автономии, Немо и его товарищи, составившие экипаж
корабля, навсегда ушли в океан. Поскольку Немо заинтересован в
сохранении тайны «Наутилуса», он принимает решение задержать спасённых
на корабле на неопределённый срок, и героям, перед которыми, фактически,
поставлен выбор между пленом и смертью, приходится примириться с его
решением. Профессору Аронаксу капитан предлагает участвовать в научных
исследованиях и наблюдениях, которые он ведёт на «Наутилусе», забираясь в
недоступные «земной» науке морские глубины.
На протяжении последующих семи месяцев герои переживают приключения
во всех океанах земного шара, кроме Северного Ледовитого. Во время этого
кругосветного путешествия по поверхности и в глубинах морей и океанов
они участвуют в подводной охоте, посещают острова Новой Гвинеи, добывают
жемчуг и сражаются с акулами в Индийском океане, посещают затопленные
руины Атлантиды, сражаются с кашалотами и полчищами спрутов. «Наутилус» преодолевает льды Южного полюса и открывает сам полюс.
По ходу этого путешествия героям становится ясно, что экипаж
«Наутилуса», хоть и покинул сушу, остаётся в курсе происходящих там
событий и активно помогает народам, борющимся против колонизаторов. В
конце повествования «Наутилус» вступает в бой с английским военным
кораблём и безжалостно топит его таранным ударом. Так герои узнают, что
капитан, помимо прочего, вершит личную месть.
В течение всего повествования герои постоянно возвращаются к вопросу о
побеге с «Наутилуса», на чём особенно настаивает Нед Ленд. Но «бежать
из подводной тюрьмы — невозможно вдвойне». Найти сообщника среди экипажа
невозможно — матросы разговаривают только на своём языке, которого не
знает никто из героев, к тому же экипаж вообще никак не общается с
пленниками, за исключением капитана Немо. Наконец, после боя с
английским кораблём, когда капитан, судя по всему, погружается в
депрессию и ослабляет контроль за происходящим, Ленд обнаруживает, что
«Наутилус» находится вблизи какой-то суши, и предлагает бежать, захватив
шлюпку. В последний момент выясняется, что судно попало в Мальстрём —
мощный водоворот, — но менять что-то уже поздно. Аронакс и его друзья
чудом спасаются и выбираются на норвежский берег; последняя глава романа
оканчивается размышлениями Аронакса о сложной судьбе капитана Немо и
вопросом, вершит ли до сих пор загадочный капитан свои возмездия, мстя
всему миру?
Во время плавания на Наутилусе профессор Пьер Аронакс вёл дневник, из
которого явствует, что плавание продлилось с 8 ноября 1867 по 23 июня
1868 г