Veinte mil leguas de viaje submarino es una obra narrada en primera persona por el profesor francés Pierre Aronnax, un notable biólogo marino, que cae prisionero del Capitán Nemo y es conducido por los océanos a bordo del submarino Nautilus, en compañía de su asistente Consejo y del arponero canadiense Ned Land.
La historia comienza con una expedición a bordo del buque Abraham Lincoln, de la marina de guerra estadounidense, al mando del almirante Farragut, que busca dar captura a un extraño cetáceo de increíble tamaño, que se cree que produjo la desaparición de diversas embarcaciones.Sin embargo, el buque naufraga al ser alcanzado por una tempestad. El profesor Aronnax y su acompañante Consejo son rescatados por el arponero canadiense Ned Land, y logran llegar a nado a un lugar seguro. Una vez que están a salvo, descubren que no se encuentran realmente en una isla sino sobre una estructura metálica que está sobre la superficie del mar. Ocho enmascarados los llevan, a través de una compuerta, al interior de la estructura.
En las entrañas del misterioso artefacto conocen al Capitán Nemo, que les muestra toda la nave. Aunque son muy bien tratados, se les informa que quienes ingresan al Nautilus jamás vuelven a salir. Por eso, les son revelados muchos secretos y recorren diversos lugares, entre los que se menciona la mítica Atlántida.