La storia ha inizio a New York, dove il Professor Pierre Aronnax viene intervistato sulle cose misteriose che stanno accadendo in mare. Molte navi, in particolar modo quelle che trasportano materiale bellico, sono affondate senza alcuna ragione.

Sono in molti a pensare che la causa di tutto sia da attribuire a qualche gigantesco animale marino che attacca le navi, qualcun altro ipotizza che la colpa sia di una specie di isola che affonda e riemerge di continuo, ma il professore è più propenso a credere che si tratti di una qualche specie di piovra. Così, quando il governo americano decide di mandare una nave ad indagare sul mistero e chiede al professore di unirsi a loro, questi accetta senza alcuna remora.
La nave viene equipaggiata con ogni tipo di strumenti ed attrezzi necessari a catturare e uccidere un grande mostro; viene addirittura reclutato Ned Land, il famigerato cacciatore di balene.
Ned e il professor Aronnax fanno subito amicizia e fin dall’inizio del loro viaggio si ritrovano spesso a parlare della "cosa" che dovranno catturare e fanno ipotesi di ogni sorta su cosa sia questa "cosa" sconosciuta.
Per tre lunghi mesi navigano in lungo e in largo nell’oceano tra l’America e l’Asia, senza però trovare nulla di concreto. Ogni speranza sembra vanificata e stanno già per riprendere il viaggio verso New York, quando proprio Ned avvista l’oggetto misterioso.
È il "Nautilus", il sottomarino del Capitano Nemo, una incredibile meraviglia tecnologica dalle potenzialità affascinanti.
Il Capitano Nemo è un personaggio ambiguo e misterioso: come un Ulisse omerico solca da anni senza sosta le profondità degli abissi; odia la guerra, ma proprio questo lo spinge a distruggere dal suo sottomarino tutte le navi che incrocia.