此书主要讲述鹦鹉螺号潜艇的故事。1866年，海上发现了一只疑似为独角鲸的大怪物，阿龙纳斯教授及仆人康塞尔受邀参加追捕。在追捕过程中，他们与鱼叉手尼德·兰不幸落水，到了怪物的脊背上。他们发现这怪物并非是什么独角鲸，而是一艘构造奇妙的潜艇。潜艇是尼摩在大洋中的一座荒岛上秘密建造的，船身坚固，利用海水发电。尼摩船长邀请阿龙纳斯作海底旅行。他们从太平洋出发，经过珊瑚岛、印度洋、红海、地中海、大西洋，看到海中许多罕见的动植物和奇异景象。
途中还经历了搁浅、土著围攻、同鲨鱼搏斗、冰山封路、章鱼袭击等许多险情。
最后，当潜艇到达挪威海岸时，三人不辞而别，回到了他的家乡。
海底两万里时间地点事件
1866年，海上常发生一件神秘离奇的事件：很多艘大船在海上碰见一个“庞然大物”。到1867年4月，这期间，“庞然大物”频繁出现在海上。有人认为这是鲸，有人认为是其他生物，这使人们对此产生了浓厚的探究兴趣。
1867年7月2日，我收到美国“林肯号”法拉古舰长的邀请一起前往捕捉这“庞然大物”，我是阿龙纳斯，法国自然科学博物馆的副教授。我欣然答应并带上忠实的仆人，康塞尔，它擅长分类。8月7日，林肯号到达了太平洋。三个多月来，没有看到任何“庞然大物”的踪影，大家都吵嚷着回去，法拉古给出2000美金的条件再搜索三天。
1867年11月16日，我收到尼摩船长的邀请去克里斯波岛森林上狩猎。原来此森林是海底森林。去狩猎的途中，我遇到了一米高的巨型海蜘蛛，尼摩船长同伴帮我枪毙了这只蜘蛛。
在回来的途中，我们遇到了凶猛的角鲨，在尼摩船长的带领下，我们平躺在地上，角鲨从我们身上游过，鱼鳍还碰到我们的身体。
1868年1月某日，”鹦鹉螺”号来到了托雷斯海峡。我们请求驾小艇去该海峡处一座小岛上。尼摩答应了。我们在小岛上采集了很多海上所没有的事物。大饱之后，我们在该岛上遇到了土著居民的袭击。1月8日，我们的潜艇被五六百土著人包围，一条金属电缆线就成功地保护了自己，土著人触电就跑。
1868年1月13日，我们到达帝汶海。潜艇遇到了特殊情况，尼摩按照之前的要求，将我们关起来。第二天，我被尼摩请到房间看一位受伤很重的病人。病情极其严重，我说病人救不活。尼摩掉眼泪并让我离开。第二天早晨，尼摩第又邀请我去做一次海底漫游。我们在水面约300米深处停了下来。原来这海底珊瑚暮地，尼摩隆重地葬好昨天去世的船员。
1868年2月10日。我们在地中海。尼德兰一直计划逃跑，此时又对我提起。我个人想继续探索这里的秘密，但又不能阻止别人对自由的追求。所以，我做了理性的回答。一个尼古拉人求救，尼摩船长给予他500万法郎的金子。这让我极其纳闷。随后，潜艇经过桑多林岛附近，这里有海底火山爆发的奇景。我觉得自己快被蒸熟了请求早日离开这沸水，尼摩答应。
1868年2月18日。我们来到了大西洋。尼德兰又在和我商量逃跑计划。无奈，被尼摩船长停船并给我讲1702年10月22日英国舰队的历史故事而泡汤了。我终于明白尼摩讲这故事的目的，让我明白他的财富是从哪里来的。
1868年3月12日，尼摩决定测下到海底最深处到底有多少米，当鹦鹉螺号深入到15000米时，海底仍然看不见。潜水艇继续深入下去，随后感觉压力太大，尼莫决定返航。潜水艇朝着南极的方向前进。
1868年3月16日，“鹦鹉螺”号穿过了南极圈。3月19日，我们到达了自由海。
