海洋生物學家阿龍納斯教授與加拿大捕鯨人尼德·蘭、忠僕康塞爾一同追蹤某個撞擊輪船的神祕海怪，三人被“海怪”鸚鵡螺號俘虜，見到鸚鵡螺號的船長尼摩，尼莫帶教授參觀了潛艇內艙，教授折服於這位尼摩船長的學識、藏書、科技水平、能源、財富、甚至是逃離一切政權的自由翱翔……尼莫船長尊重教授，盡力爲他提供海洋生物研究的便利，欣慰於能與教授交流。唯一不能的，是放他們回大陸，帶着鸚鵡螺號的祕密回到人類社會中去。
三人隨着鸚鵡螺號在海底旅行，經歷過紅海珊瑚的浪漫、觸目於海戰遺骸、午後在海底平原自由漫步在南極洲遇冰蓋被困、歷險於地殼運動中、跨過大西洋電報線、以及目睹過消失的亞特蘭蒂斯。歷過的險，海底捕過的獵，爲同行水手共同舉辦過的海底葬禮以及三人屢次失敗的逃跑計劃一起加深着彼此複雜的人類感情。末了，鸚鵡螺號遭到某國戰艦攻擊。尼摩船長的復仇被激活，他誓死不再回到陸地的動機才慢慢顯露。
三人最終逃離了鸚鵡螺號，目睹着它被捲入大風暴漩渦。他們共在鸚鵡螺號上生活了十個月，漫無目的地航行了兩萬裏，閱覽了船長尼莫如他的藏書一般，層層疊疊地複雜內心，或許臨別時、或許這十個月之中，教授的內心始終縈繞着逃離和留下兩種心聲。
