第一章：1866年，在海上发现了一头被认为是独角鲸的大怪物。法国生物学家阿龙纳斯应邀参加追捕。追捕过程中，阿龙纳斯、他的仆人康塞尔和捕鲸叉手尼德·兰三人，发现这怪物不是什么独角鲸，而是一艘构造奇妙的潜艇。
第二章：潜艇船长尼摩，是个不明国籍、自称“跟整个人类断绝了关系”的神秘人物，身材高大，神情自信、坚毅。
第三章：尼摩邀请阿龙纳斯参观了这艘令人惊叹的现代工业的杰作—一诺第留斯号；它利用海浪发电，供给船上热、光、动力；它所需的一切都取自海洋。它是尼摩在大洋中的一个荒岛上秘密建造起来的。
第四章：阿龙纳斯及其同伴乘诺第留斯号，从太平洋出发，开始了海底探险旅行。
第五章：潜艇经历了搁浅、土人围攻等危险，安然驶向印度洋。这时发生了一件离奇的事。尼摩船长从海面上望见了什么，突然充满了愤怒和仇恨。他粗暴地把阿龙纳斯及其同伴们禁闭在小房间里，并强迫他们人睡。翌日，阿龙纳斯醒来，尼摩船长请他治疗一个身受重伤的船员。
第六章：船员不治身死。尼摩船长哀痛地带着送葬队伍，把死者埋在海底光彩夺目、瑰丽无比的珊瑚树林里。他说：在这里，珊瑚虫会把死者永远封闭起来，不受鲨鱼和人的欺负！
印度半岛南端的锡兰岛在面前了。阿龙纳斯接受尼摩船长的建议，步行到海底采珠场。
第七章：尼摩派出船员，把千百万金银装进潜艇。阿龙纳斯对这许多财富不能分给穷人表示惋惜。船长听了激动地回答：“我打捞这些财物是为了我自己吗？你以为我不知道世上有无数受苦的人们，有被压迫的种族，有要报仇的牺牲者吗？”阿龙纳斯于是明白了尼摩船长那次途经康地岛时送出去的数百万金子是给谁的。
第八章：诺第留斯号大胆向南极进发，潜艇航行在成群的鲸鱼中间。尼德·兰要求追打鲸鱼。尼摩部长不同意伤害这些善良无害的长须鲸。当海面上出现残酷的大头鲸向长须鲸进攻时，尼摩船长决定援救长须鲸。诺第留斯号用它那钢制的冲角，直穿大头鲸。
第九章：经过一场恶斗，海上满浮着大头鲸的尸体。穿过南极点后，潜艇又历经冰山封路、章鱼袭击等险情，都是尼摩船长以惊人的冷静和毅力，带领船员战胜了困难。
第十章：最后，潜艇驶过被称为风暴之王的大西洋暖流，来到了一艘法国爱国战舰沉没的地点。尼摩满怀激情地讲述了这艘“复仇号”战舰的历史。
第二章：潜艇船长尼摩，是个不明国籍、自称“跟整个人类断绝了关系”的神秘人物，身材高大，神情自信、坚毅。
第三章：尼摩邀请阿龙纳斯参观了这艘令人惊叹的现代工业的杰作—一诺第留斯号；它利用海浪发电，供给船上热、光、动力；它所需的一切都取自海洋。它是尼摩在大洋中的一个荒岛上秘密建造起来的。
第四章：阿龙纳斯及其同伴乘诺第留斯号，从太平洋出发，开始了海底探险旅行。
第五章：潜艇经历了搁浅、土人围攻等危险，安然驶向印度洋。这时发生了一件离奇的事。尼摩船长从海面上望见了什么，突然充满了愤怒和仇恨。他粗暴地把阿龙纳斯及其同伴们禁闭在小房间里，并强迫他们人睡。翌日，阿龙纳斯醒来，尼摩船长请他治疗一个身受重伤的船员。
第六章：船员不治身死。尼摩船长哀痛地带着送葬队伍，把死者埋在海底光彩夺目、瑰丽无比的珊瑚树林里。他说：在这里，珊瑚虫会把死者永远封闭起来，不受鲨鱼和人的欺负！
印度半岛南端的锡兰岛在面前了。阿龙纳斯接受尼摩船长的建议，步行到海底采珠场。
第七章：尼摩派出船员，把千百万金银装进潜艇。阿龙纳斯对这许多财富不能分给穷人表示惋惜。船长听了激动地回答：“我打捞这些财物是为了我自己吗？你以为我不知道世上有无数受苦的人们，有被压迫的种族，有要报仇的牺牲者吗？”阿龙纳斯于是明白了尼摩船长那次途经康地岛时送出去的数百万金子是给谁的。
第八章：诺第留斯号大胆向南极进发，潜艇航行在成群的鲸鱼中间。尼德·兰要求追打鲸鱼。尼摩部长不同意伤害这些善良无害的长须鲸。当海面上出现残酷的大头鲸向长须鲸进攻时，尼摩船长决定援救长须鲸。诺第留斯号用它那钢制的冲角，直穿大头鲸。
第九章：经过一场恶斗，海上满浮着大头鲸的尸体。穿过南极点后，潜艇又历经冰山封路、章鱼袭击等险情，都是尼摩船长以惊人的冷静和毅力，带领船员战胜了困难。
第十章：最后，潜艇驶过被称为风暴之王的大西洋暖流，来到了一艘法国爱国战舰沉没的地点。尼摩满怀激情地讲述了这艘“复仇号”战舰的历史。
“林肯号”在大海里游弋了三个星期，却一无所获。一天晚上，教授正在甲板上欣赏夜景，猛然发现漆黑的水面突然闪现红光，接着冒出一个庞然大物。教授奔回船舱报告了舰长，护卫舰随即向怪物驶去。临近时加拿大捕鲸叉手尼德·兰猛力投出锋利的鲸叉，只听得“当”的一声，仿佛撞击在钢板上，毫无作用。护卫舰便开炮射击，可是炸弹均被怪物的尾部弹出，溅起一片浪花。怪物似乎被激怒了，从头上喷出两股水柱，向护卫舰右舷猛力袭来，随着轰隆一声巨响，教授、他的仆人康塞尔和鲸叉手三人被抛入水中。教授很快就失去了知觉。 教授醒来时，发现自己躺在一个铁屋子里，身边坐着康塞尔和尼德·兰。他大惑不解。两位陌生人进来向他们致意，可是教授试用了几种语言，他们都听不懂。正在为难之时，他们的主人出现了。他身材高大，目光炯炯，用法语作了自我介绍。他叫尼摩，自称与整个人类断绝了关系。他说虽然他们已成了他的俘虏，但仍享有自由。只是为了保密，他不会释放他们，而且要求他们唯命是从。
教授虽然对失去自由感到难过，但是他还是被神秘的潜艇和海底的奥秘所吸引。在尼摩的邀请下，他们三人参观了他亲自设计建造的“鹦鹉螺号”。尽管它的部件是拼凑起来的，可船体坚固，结构合理，承受得起海水的冲击和高压。艇内有漂亮的客厅，舒适的卧舱，图书阅览室和娱乐场。潜艇的电力和氧气都是从海水里提取，能在海底停留很长时间。食物也是取自海洋，有些美味的鱼教授从未品尝过。布是由海洋纤维织成，烟叶来自海草。尼摩还让他们参观了猎取海洋动物的枪支和便于在海底行走的装备。
“鹦鹉螺号”在太平洋里潜行。教授透过玻璃窗，一路观赏着光怪陆离的海底景象和五光十色的深海生物。途经克利斯波岛时，尼摩派人送来纸条，邀请他们三人到海底森林打猎。于是他们穿上潜水服，背上氧气瓶，手持特别猎枪，穿过换压舱，走在海底平原上。尼摩举枪射中一只大海獭，然后又杀了两条海豚似的动物，满载而归。
潜艇到达加里曼丹附近时，食品告缺。教授他们三人决定上岸寻找蔬菜和野味。起初，他们运气不错，打死了几头野猪，采摘了不少水果。正当他们在沙滩上架起篝火准备烤肉时，突然受到土著人的袭击。他们慌忙逃进小艇，驶向停泊在海中的潜艇。可是土著人乘上木筏，紧迫不舍。即使教授他们爬上潜艇，下了底舱，土著人仍然围着潜艇，不肯散去。第二天一早，潜艇开舱换气时，土著人果真纷纷爬上船来。可是他们的手一碰到栏杆，就惊叫着退缩了回去，原来金属栏杆全部通了电。
潜艇驶入印度洋，在斯里兰卡附近，尼摩邀请教授他们到海底参观采珠场。这里盛产珍珠，最大的价值可达二百万美元。教授兴趣盎然地观看印度人在海底采珠。突然，一条巨鲨张着血盆大口向印度人袭去，尼摩当即手执短刀，挺身上前与鲨鱼展开搏斗，尼德·兰举叉相助，正中鲨鱼心脏。尼摩随即把采珠人托出水面，还从自己口袋里取出几颗珍珠送他。教授从心底敬佩尼摩舍己救人的精神，并由此知道尼摩事实上没有断绝与人类的交往。
“鹦鹉螺号”从红海进入地中海花了不足20分钟。它是通过尼摩发现的海底通道潜行的，那时还没有苏伊士运河。
一路上，教授发现了不少惊人的事情。船至康地岛时，尼摩从柜子里取出许多黄金，派人乘小艇送出去。后来当潜艇驶入大西洋，停泊在维多湾海底时，尼摩又派他的船员潜水从海底沉船里搬上来装满金银财宝的箱子。原来尼摩是利用打捞沉船里的财宝救济穷人和从事科学探险的。在大西洋海底，尼摩陪着教授参观沉没已久的大陆——大西洲。他们观赏了海底火山喷口吐出硫磺火浆的奇景，也察看了已成废墟的庞贝城。
潜艇又向南极进发，它在成群结队的鲸鱼中间穿行。当尖头鲸向长须鲸进攻时，尼摩出于对弱者的同情，指挥船员攻击尖头鲸。在此后的航行中，他们历尽艰险，一会儿是冰山封路，一会儿是章鱼围攻，一会儿又是敌舰偷袭。尼摩以惊人的毅力和智慧，指挥全体船员，战胜了一切。
历经海底两万里环球航行之后，潜艇在挪威西海岸遇上了可怕的大漩涡。教授无法知道潜艇卷入大漩涡之后的遭遇，因为他和他的同伴被漩涡抛入水里后，在挪威的一个小岛上侥幸脱险，而潜艇已毫无踪影了。