故事发生在1866年，当时一头被断定为独角鲸的“海怪”引起了世界范围的恐慌，美国高速二级战舰林肯号奉命进行追捕。法国生物学家阿龙纳斯受邀参与任务，在一次事故中偶然揭开了“海怪”的真面目，并跟随神秘的尼摩船长在海洋深处历险。他们穿过太平洋、印度洋、红海、地中海、大西洋，甚至到了南极和北极，看到了许多令人晾叹的水下奇观，也遭遇了许多意想不到的危险。终，命运使阿龙纳斯教授得以把他所见的深埋海底的秘密公诸于世。