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故事的起因是1866年所发生的一件闹得满城风雨的怪事。在海上发现了一头大“海怪”,并有船只遭到“海怪”的袭击。出于对航海安全的考虑,由美国派遣了一艘战舰对“海怪”进行追逐。结果,追逐怪物的战舰反被怪物追逐,并遭到“海怪”的凶猛袭击。阿龙纳斯和他的两位同伴落水,被“海怪”所救,此后便跟随“海怪”周游四海,探尽海底秘密,历尽艰辛和风险。最后,大家因不堪海底世界过于沉闷的生活,又设法逃走,重回陆地。
法国人阿罗纳克斯,一位博物学家,应邀赴美参加一项科学考察活动。其时,海上出了个怪物,在全世界闹得沸沸扬扬的科考活动结束之后,博物学家正准备束装就道,返回法国,却接到美国海军部的邀请,于是改弦更张,登上了一艘驱逐舰,参与“把那个怪物从海洋中清除出去”的活动。
经过千辛万苦,“怪物”未被清除,驱逐舰反被“怪物”重创,博物学家和他的仆人以及为清除“怪物”被特意请到驱逐舰上来的一名捕鲸手,都成了“怪物”的俘虏!“怪物”非他,原来是一艘尚不为世人所知的潜水艇,名“鹦鹉螺”号。
潜艇对俘虏倒也优待;只是,为了保守自己的秘密,潜艇艇长内莫从此永远不许他们离开。阿罗纳克斯一行别无选择,只能跟着潜水艇周游各大洋。十个月之后,这三个人终于在极其险恶的情况下逃脱,博物学家才得以把这件海底秘密公诸于世。