Året er 1866 og det skjer underlige begivenheter på verdenshavene. Flere skip får et fryktelig møte med et ukjent vesen, et avlangt, selvlysende monster, uendelig mye større og raskere enn en hval. Fregatten Abraham Lincoln blir utstyrt for å uskadeliggjøre uhyret, med datidens skarpeste våpen og beste mannskap ombord, blant disse den franske vitenskapsmannen Pierre Aronnax, hans trofaste tjener Conseil og den canadiske harpunéren Ned Land.

Abraham Lincoln kommer etterhvert på sporet av monsteret, og i en kraftig konfrontasjon skylles de tre mennene over bord. Som siste utvei ender de opp på ryggen av det som viser seg å være den fantastiske undervannsbåten Nautilus. Sammen med kaptein Nemo og hans menn starter professor Aronnax og hans følgesvenner på en verdensomseiling uten sidestykke. De opplever de mest utrolige eventyr, og får innblikk i naturfenomener som vanlige mennesker aldri får se. For dypet skjuler skatter av alle slag: dyr, planter, fisk, perler og gull... 

En verdensomseiling under havet holder leseren i ånde gjennom flere hundre sider. Får de tre mennene noen gang vende tilbake til sivilisasjonen og vitne om alt det de har opplevd, eller må de være kaptein Nemos fanger for alltid?