《海底两万里》是“凡尔纳三部曲”的第二部。1866年，法国生物学家阿龙纳斯从美国内布拉斯加州的一次关于劣质土地的科学考察活动归来，而在此期间发生了在全世界闹得沸沸扬扬的斯哥提亚号事件。阿龙纳斯教授接到美国海军部的邀请，加入“林肯号”的远征，驱逐令人不安的海洋怪物。在捕捉过程中，他与仆人及驱逐舰上的一名捕鲸手，都成了“怪物”的俘虏!
原来他们追捕的“怪物”是一艘名为“鹦鹉螺”号的潜水艇。为守住秘密，尼摩船长表示他们在船上“完全自由”，但永远不会释放他们。阿龙纳斯虽为失去自由而心有不甘，但奇妙的海底国度深深吸引了他。他们三人在尼摩船长邀请下参观了他亲自设计建造的“鹦鹉螺”号。
之后，教授一行人跟着潜水艇，从太平洋出发，经过珊瑚海、印度海、红海、地中海，进入大西南极，一路领略着光怪陆离的海底景象和形形色色的海洋生物。然而，他们在海底环球探险时，也屡屡陷入险境。譬如在巴布亚新几内亚船只搁浅、遇到土著人围攻、在印度洋的采珠场与鲨鱼搏斗、在南极遇冰山封路、在大西洋被章鱼袭击等。在此期间，阿龙纳斯也发现了神秘的尼摩船长实际上仍与大陆保持联系。十个月后，“鹦鹉螺”号潜艇在挪威西海岸遇上了大漩涡，教授三个人终于在极其险恶的情况下侥幸逃脱。回到陆地后的阿龙纳斯教授选择把这件海底秘密公之于世。
凡尔纳在小说中塑造了尼摩船长这个反对沙皇专制统治的高大形象，赋予其强烈的社会责任感和人道主义精神，反殖民压迫也成了小说的重要主题。