Im Jahr 1886 führt Meeresforscher Pierre Arronax eine Expedition vor der Küste Neuenglands durch, um ein geheimnisvolles Seeungeheuer aufzuspüren. Bei seiner Suche stößt er auf das hochentwickelte U-Boot Nautilus, das heimlich unter dem Ozean kreuzt, und dessen charismatischen Kapitän Nemo.

19世纪末，航运界传言各大洋有海怪出没，频频袭击过往船只，各国政府被迫派遣军舰维护航道安全，同时调查海怪真伪。不料调查舰林肯号被这怪物撞击，最终阿龙纳斯、黑人布凯及鱼叉手尼德·兰落上怪物——一艘潜艇上。该潜艇由尼摩船长指挥，对运载军火的船舰均予击沉。尼摩敬重阿龙纳斯的成就，将其视为上宾。潜艇要返回瓦康尼亚基地，补给船上物资，中途到深海探索海底世界。阿龙纳斯为其科技动力来自海底养殖的技术惊叹不已，但尼德·兰一心想逃跑……