本書主要講述“鸚鵡螺號”（或音譯為“諾第留斯號”）的故事。1866年，當(dāng)時(shí)海上發(fā)現(xiàn)了一只被斷定為獨(dú)角鯨的大怪物，阿龍納斯受邀參加追捕，在追捕過程中不幸落水，泅到怪物的脊背上。其實(shí)這怪物并非什么獨(dú)角鯨，而是一艘構(gòu)造奇妙的潛水艇。潛水艇是船長尼摩在大洋中的一座荒島上秘密建造的，船身堅(jiān)固，利用海洋中大量的氯化鈉分解出來的鈉發(fā)電。尼摩船長邀請阿龍納斯作海底旅行。他們從太平洋出發(fā)，經(jīng)過珊瑚島、印度洋、紅海、進(jìn)入地中海、大西洋，看到許多罕見的海生動植物和水中的奇異景象，又經(jīng)歷了擱淺、土人圍攻、同鯊魚搏斗、冰山封路、章魚襲擊等許多險(xiǎn)情。最后，當(dāng)潛水艇到達(dá)挪威海岸時(shí)，阿龍納斯不辭而別，回到了他的家鄉(xiāng)。在《海底兩萬里》中，尼摩船長是個(gè)不明國籍的神秘人物（后來在《神秘島》中介紹他是印度的達(dá)卡王子），他在荒島上秘密建造的這艘潛艇不僅異常堅(jiān)固，而且結(jié)構(gòu)巧妙，能夠利用海洋資源來提供能源。他們依靠海洋中的各種動植物來生活。潛艇艇長對戰(zhàn)俘倒也優(yōu)待；只是為了保守自己的秘密，潛艇艇長尼摩不允許他們離開。阿龍納斯一行人別無選擇，只能跟著潛水艇周游各大洋。在旅途中，阿龍納斯一行人遇到了無數(shù)美景，同時(shí)也經(jīng)歷了許多驚險(xiǎn)奇遇，例如：在巴布亞新幾內(nèi)亞他們的船擱淺了，遇到當(dāng)?shù)赝林说墓?，尼摩船長用他連接在金屬梯子上的電擋住土著人進(jìn)入鸚鵡螺號；在印度洋的珠場和鯊魚展開過搏斗，捕鯨手尼德·蘭手刃了一條兇惡的巨鯊；在南極他們被困在厚厚的冰下，船上極度缺氧，但船上所有人輪流用工具和開水把底部厚10米的冰層砸薄，用潛艇的重量壓碎冰塊，脫離困境；在大西洋鸚鵡螺號被章魚所困擾，他們拿斧頭和章魚展開肉搏戰(zhàn)，一名船員不幸慘死；在北大西洋鸚鵡螺號遇到一艘英國驅(qū)逐艦（這艘驅(qū)逐艦的國籍在原文中并未說明，在《神秘島》中才說明是英國的）的炮轟，除那三位俘虜外所有船員個(gè)個(gè)義憤填膺，用鸚鵡螺號的沖角把驅(qū)逐艦擊沉。他們眼中的海底，時(shí)而景色優(yōu)美、令人陶醉，時(shí)而險(xiǎn)象叢生、千鈞一發(fā)。通過一系列奇怪的事情，阿龍納斯終于了解到神秘的尼摩船長仍與大陸保持聯(lián)系，用海底沉船里的千百萬金銀來支援陸地上人們的正義斗爭。
小說不但能激發(fā)人們對科學(xué)的興趣，而且贊揚(yáng)了像尼摩船長等反抗壓迫的戰(zhàn)士的形象，體現(xiàn)了他們具有社會正義感和崇高的人道主義精神。