Axel, sobrinho e assistente de pesquisa de Otto Lidenbrock, um professor de geologia incansável e infinitamente curioso, conta a história de uma aventura subterrânea.
A história começa em maio de 1863, quando Lindenbrock partilha com Axel a sua última aquisição: um manuscrito rúnico de Snorri Sturluson, um historiador islandês de renome. Descobrem escondida entre as suas páginas uma nota encriptada do alquimista islandês Arne Saknussemm, que menciona uma passagem secreta, através de uma cratera de um vulcão adormecido na Islândia, que conduz ao centro da Terra.
Os dois seguem as instruções e, com a ajuda de Hans, o seu estóico guia islandês, embarcam numa perigosa viagem pelas profundezas da Terra, onde encontram oceanos subterrâneos e criaturas e plantas pré-históricas.
No final, a sua viagem de regresso à superfície da terra é tão perigosa quanto a descida.