本片根據法國著名科幻小說家凡爾納(Jules Verne)同名名著《海底兩萬裏》(20,000 Leagues Under the Sea)改編。1868年航運界傳言各大洋有海怪出沒，頻頻襲擊過往船隻，各國政府被迫派遣軍艦維護航道安全，同時調查海怪真偽。不料調查艦被不明怪物撞沉，隻有阿龍納斯教授、助手康塞爾及魚叉手尼德·蘭被“鸚鵡螺號”潛艇救起。該潛艇由尼莫船長指揮，對運載軍火的船艦均予擊沉。尼莫敬重阿龍納斯的成就，將其視為上賓。潛艇要返回瓦康尼亞基地，補給船上物資，中途到深海探索海底世界。教授為其科技動力來自海底養殖的技術驚歎不已，但尼德·蘭一心想逃跑……