Главный герой романа своенравный пятидесятивосьмилетний профессор Отто Лиденброк, проживающий в Гамбурге. Он преподает в университете минералогию и геологию.
Действие начинается 24 мая 1863 года. В приобретенном от Снорри Стурлосона манускрипте, датируемого двенадцатым веком, написанного рунами, профессор обнаруживает зашифрованное сообщение исландского алхимика Арне Сакнуссемма, жившего в XVI веке. Так как он считает, что Сакнуссемм, хочет поделиться научным открытием, профессор просит своего племенника Акселя, который является рассказчиком, расшифровать послание. Для этой цели он запирается с эконмкой Мартой, Акселем в своем доме.
По счастливому случаю Акселю удается расшифровать документ, но он сначала молчит. Но когда голод дает о себе знать, он делится с профессором своим открытием. Арне Сакнуссемм сообщает, что путник, когда он точно залезет на кратер вулкана Снайфедльсйёкюдль, то сможет попасть в центр Земли. Он сам предпринял это путешествие. Профессор Линденброк, как настоящий геолог решает отправиться к центру Земли, а Аксель должен его сопровождать.
Профессор и племянник покидают Гамбург. Остановившись в Дании для отдыха, они перебираются в Исландию. В Рейкьявике они приглашают в качестве проводника человека по имени Ханс Бйелке. Втроем они поднимаются на кратер вулкана и находят там спуск вниз.
Им удается проникнуть в глубину Земли. Когда они достигают развилки, то выбирают вначале неправильный маршрут. Когда дорога заканчивается тупиком, они поворачивают обратно. Тем временем их запас воды на исходе и кажется, экспедиция обречена на провал. Ханс покидает своих товарищей и отправляется на поиски воды. Когда он находит водоносную жилу, которая течет по стенке скалы, он приводит своих друзей. Они пробивают киркой в стенке дыру, так что из нее вытекает небольшой ручеек. Его называют «Ручеек Ханса». Во время дальнейшего спуска Аксель теряет своих друзей. Они находят друг друга только через несколько дней благодаря звуковому феномену, похожему на феномен в соборе св.Павла.
Герои выходят на берег подземного моря, которое пересекают на плоту. На другом берегу они видят огромные грибы, которых идентифицируют, как гигантские шампиньоны. Помимо грибов здесь есть еще и причудливые растения, а также маленький остров с гейзером. Во время их путешествия, друзья видят бой между ихтиозавром и плезиозавром. Вскоре начинается шторм, в время которого в плот попадает шарообразная молния. Шторм приводит в их к другому берегу. Там они обнаруживают остатки доисторических людей.
Так же наши герои находят следы Сакнуссеммса и вход в другую пещеру. Грот заканчивается через несколько метров. Когда наши герои пытаются освободить проход, подземное море проваливается в бездну и затягивает плот в воронку. Они оказываются сначала на воде, затем на лаве вулкана острова Стромболи недалеко от Сицилии. Через кратер они выбираются на поверхность.