主要讲述诺第留斯号（又译：鹦鹉螺号）的故事。1866年，有人以为在海上见到了一条独角鲸，法国博物学家阿龙纳斯最后发现那是一艘名为诺第留斯号的潜艇，并且他和仆人康塞尔和一个捕鲸手尼德兰，被尼摩船长囚禁在这艘潜艇开始了海底两万里的环球旅行。
尼摩是个不明国籍的神秘人物，他在荒岛上秘密建造的这艘潜艇不仅异常坚固，而且结构巧妙，能够利用海洋来提供能源，他们依靠海洋中的各种动植物来生活。潜艇艇长对俘虏倒也优待；只是为了保守自己的秘密，潜艇艇长尼摩从此之后不再允许他们离开。阿龙纳斯一行人别无选择，只能跟着潜水艇周游各大洋。
在旅途中，阿龙纳斯一行人遇到了无数美景，同时也经历了许多惊险奇遇，例如1.在巴布亚新几内亚他们的船搁浅了，遇到当地土著人的攻击，尼摩船长用他的闪电挡住土著人进入“鹦鹉螺”号。 2.在南极他们被困在厚厚的冰下,船上极度缺氧.但船上所有人轮流用工具把底部厚10米的冰盖砸开,逃上大海。 3.在大西洋“鹦鹉螺”号被章鱼所困扰,他们拿斧头和章鱼展开肉搏战,一名船员惨死。 4.在北大西洋“鹦鹉螺”号遇到一艘英国驱逐舰的炮轰,除那三位俘虏外个个义愤填膺,用“鹦鹉螺”号的冲角把驱逐舰击沉。5.在印度洋的珠场和鲨鱼展开过搏斗，捕鲸手尼德·兰手刃了一条凶恶的巨鲨。他们眼中的海底，时而景色优美、令人陶醉；时而险象丛生、千钧一发。
通过一系列奇怪的事情，阿龙纳斯终于了解到神秘的尼摩船长仍与大陆保持联系，用海底沉船里的千百万金银来支援陆地上人们的正义斗争。
终于，十个月之后，在机缘巧合下，这三个人终于在潜艇误入迈尔海峡极其险恶的情况下逃出了“诺第留斯号”潜艇。这时，博物学家才得以把这件海底秘密公诸于世。
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