Veinte mil leguas de viaje submarino es una obra narrada en primera persona por el profesor francés Pierre Aronnax, notable biólogo que es hecho prisionero por el Capitán Nemo y es conducido por los océanos a bordo del submarino Nautilus, en compañía de su criado Conseil y el arponero canadiense Ned Land. La historia comienza con una expedición a bordo de un buque de la marina de guerra estadounidense: el Abraham Lincoln, al mando del almirante Farragut, que busca dar caza a un extraño cetáceo, con un largo y filoso cuerno en el hocico (luego se demuestra que el animal es un narval), que había ocasionado daños a diversas embarcaciones. Durante la expedición, los protagonistas se ven lanzados por la borda del buque como resultado de una embestida del animal. El profesor Aronnax y su acompañante Conseil son rescatados por el arponero canadiense Ned Land, y los tres logran llegar a nado a un lugar seguro. Una vez a salvo, descubren que no se encuentran realmente en una isla, sino sobre una estructura metálica: un submarino a flote a cuyo interior acceden por una compuerta, llevados por ocho enmascarados. En el interior del misterioso artefacto conocen al Capitán Nemo, personaje desgraciado y brillante, con un oscuro pasado y de grandes aptitudes científicas y artísticas. Éste les muestra toda la nave, el Nautilus, y les da notables explicaciones sobre su ingeniería. El capitán les informa de que, al haber conocido su existencia, no puede dejarlos volver a la superficie. A lo largo del viaje, les son revelados muchos secretos, y recorren diversos lugares, entre los que se menciona la mítica Atlántida, las islas de la Polinesia, el Mar Rojo, las costas del Lejano Oriente, el Mediterráneo, etc. A través de su personaje Aronnax, Julio Verne señala varios posibles inventos: escafandras autónomas de buceo, fusiles de balas eléctricas, máquinas para producir aire respirable, etc. Un rasgo que hace muy interesante a la novela es la minuciosa descripción de los paisajes submarinos que se visitan, así como la casi enciclopédica descripción de una infinidad de seres marinos. Se da asimismo una minuciosa descripción de las percepciones y las intenciones de los personajes a lo largo de la historia. Queda claro, por ejemplo, que el arponero Ned Land es partidario de escapar. Tras una larga derrota y tras varios acontecimientos relativos a la vida a bordo del Nautilus, en el transcurso de los cuales éste es perseguido y atacado varias veces por buques de guerra, el capitán Nemo, presa de una fuerte depresión, se aísla de sus invitados. En los capítulos finales, los aislados prisioneros deciden escapar de manera definitiva. Este intento de escape coincide con momentos de mucha agitación en la nave durante los que se oye a los tripulantes repetir la palabra maelstrom. Tiene lugar el escape de una manera forzada, y pierden la conciencia durante él. Al final, se hallan sanos y salvos en las costas de Noruega, donde son rescatados