故事发生在1866年，法国人阿罗纳克斯，一位生物学家，应邀赴美参加一项科学考察活动。这时，海上出了个怪物，在全世界闹得沸沸扬扬。科考活动结束之后，生物学家正准备束装就道，返回法国，却接到美国海军部的邀请，于是改弦更张，登上了一艘驱逐舰，参与“把那个怪物从海洋中清除出去 ”的活动。

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经过千辛万苦，“怪物”未被清除，驱逐舰反被“怪物”重创，生物学家和他的仆人以及为清除“怪物”被特意请到驱逐舰上来的一名捕鲸手，都成了“怪物”的俘虏！结果发现“怪物”是一艘尚不为世人所知的潜水艇，名“鹦鹉螺”号。

潜艇对俘虏倒也优待；只是，为了保守自己的秘密，潜艇艇长尼摩从此永远不许他们离开。阿罗纳克斯一行别无选择，只能跟着潜水艇周游各大洋。十个月之后，这三个人终于在极其险恶的情况下逃脱，生物学家才得以把这件海底秘密公诸于世。