本书描写了法国博物学家阿龙纳斯教授应邀登上一艘驱逐舰，参与追捕当时盛传的海上“怪物”，但不幸被“怪物”俘获，而所谓的“怪物”竟是一艘当时无人知晓的潜水艇。他们乘坐潜艇在海底展开了长达两万里的奇幻航行。他们穿越太平洋、印度洋、红海、地中海等，见识了海底森林、珊瑚王国、沉没的古城等奇特景观，还遭遇了章鱼袭击、冰山封路等惊险事件。最终，阿龙纳斯教授三人趁机逃离，将海底的秘密公之于世。