Veinte mil leguas de viaje submarino es una obra narrada en primera persona por el profesor frances Pierre Aronnax, notable biologo que es hecho prisionero por el Capitan Nemo y es conducido por los oceanos a bordo del submarino Nautilus, en compania de su criado Conseil y el arponero canadiense Ned Land. La historia comienza con una expedicion 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 extrano cetaceo, con un largo y filoso cuerno en el hocico (luego se demuestra que el animal es un narval), que habia ocasionado danos a diversas embarcaciones. Durante la expedicion, los protagonistas se ven lanzados por la borda del buque como resultado de una embestida del animal. El profesor Aronnax y su acompanante Conseil son rescatados por el arponero canadiense Ned Land que tambien cayo al agua con ellos, despues del impacto de la criatura, 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 metalica: un submarino a flote a cuyo interior acceden por una compuerta, llevados por ocho enmascarados. En el interior del misterioso artefacto conocen al Capitan Nemo, personaje desgraciado y brillante, con un oscuro pasado y de grandes aptitudes cientificas y artisticas. Este les muestra toda la nave, el Nautilus, y les da notables explicaciones sobre su ingenieria. El capitan 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 mitica Atlantida, las islas de la Polinesia, el Mar Rojo, las costas del Lejano Oriente, el Mediterraneo, etc. A traves de su personaje Aronnax, Julio Verne senala varios posibles inventos: escafandras autonomas de buceo, fusiles de balas electricas, maquinas para producir aire respirable, etc. Un rasgo que hace muy interesante a la novela es la minuciosa descripcion de los paisajes submarinos que se visitan, asi como la casi enciclopedica descripcion de una infinidad de seres marinos. Se da asimismo una minuciosa descripcion 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 este es perseguido y atacado varias veces por buques de guerra, el capitan Nemo, presa de una fuerte depresion, se aisla de sus invitados.