Март 1865 г. В США во время гражданской войны пятеро смельчаков-северян бегут из взятого южанами Ричмонда на воздушном шаре. Страшная буря выбрасывает четверых из них на берег необитаемого острова в Южном полушарии. Пятый человек и его собака скрываются в море недалеко от берега. Этот пятый — некто Сайрес Смит, талантливый инженер и учёный, душа и руководитель отряда путешественников — в течение нескольких дней невольно держит в напряжении своих спутников, которые нигде не могут отыскать ни его самого, ни преданного ему пса Топа. Больше всех страдает бывший раб, а ныне преданный слуга Смита — негр Наб. В воздушном шаре находились также военный журналист и друг Смита, Гедеон Спилет, человек очень энергичный и решительный, обладающий кипучим умом; моряк Пенкроф, добродушный и предприимчивый смельчак; пятнадцатилетний Харберт Браун, сын капитана корабля, на котором плавал Пенкроф, оставшийся сиротой, и к которому моряк относится как к собственному сыну. После утомительных поисков Наб наконец находит своего необъяснимым образом спасшегося хозяина в миле от берега. Каждый из новых поселенцев острова обладает незаменимыми талантами, а под руководством Сайреса и Спилета эти отважные люди сплачиваются и становятся единой командой. Сначала с помощью простейших подручных средств, затем производя на собственных небольших фабриках все более и более сложные предметы труда и обихода, поселенцы обустраивают свою жизнь. Они охотятся, собирают съедобные растения, устриц, затем даже разводят домашнюю живность и занимаются земледелием. Жилище они устраивают себе высоко в скале, в освобождённой от воды пещере. Вскоре, благодаря своему трудолюбию и уму, колонисты уже не знают нужды ни в еде, ни в одежде, ни в тепле и уюте. У них есть все, кроме известий о родине, о судьбе которой они очень тревожатся.

Однажды, возвращаясь в своё жилище, названное ими Гранитным дворцом, они видят, что внутри хозяйничают обезьяны. Через некоторое время, словно под влиянием безумного страха, обезьяны начинают выпрыгивать из окон, и чья-то рука выбрасывает путешественникам верёвочную лестницу, которую обезьяны подняли в дом. Внутри люди находят ещё одну обезьяну — орангутанга, которую оставляют у себя и называют дядюшкой Юпом. В дальнейшем Юп становится людям другом, слугой и незаменимым помощником.

В другой день поселенцы находят на песке ящик с инструментами, огнестрельным оружием, различными приборами, одеждой, кухонной утварью и книгами на английском языке. Поселенцы недоумевают, откуда мог взяться этот ящик. По карте, также оказавшейся в ящике, они обнаруживают, что рядом с их островом, на карте не отмеченном, расположен остров Табор. Моряк Пенкроф загорается желанием отправиться на него. При помощи своих друзей он строит бот. Когда бот готов, все вместе отправляются на нем в пробное плавание вокруг острова. Во время него они находят бутылку с запиской, где говорится, что потерпевший кораблекрушение человек ждёт спасения на острове Табор. Это событие укрепляет уверенность Пенкрофа в необходимости посещения соседнего острова. Пенкроф, журналист Гедеон Спилет и Харберт отправляются в плавание. Прибыв на Табор, они обнаруживают маленькую лачугу, где по всем признакам уже давно никто не живёт. Они разбредаются по острову, не надеясь увидеть живого человека, и пытаются отыскать хотя бы его останки. Внезапно они слышат крик Харберта и бросаются ему на помощь. Они видят, что Харберт борется с неким обросшим волосами существом, похожим на обезьяну. Однако обезьяна оказывается одичавшим человеком. Путешественники связывают его и перевозят на свой остров. Они отводят ему отдельную комнату в Гранитном дворце. Благодаря их вниманию и заботам дикарь вскоре вновь превращается в цивилизованного человека и рассказывает им свою историю. Оказывается, что зовут его Айртоном, он бывший преступник, хотел овладеть парусником «Дункан» и с помощью таких же, каким был он, отбросов общества превратить его в пиратское судно. Однако его планам не суждено было сбыться, и в наказание двенадцать лет назад его оставили на необитаемом острове Табор, с тем чтобы он осознал свой поступок и искупил свой грех. Однако хозяин «Дункана» Эдуард Гленарван сказал, что когда-нибудь вернётся за Айртоном. Поселенцы видят, что Айртон искренне раскаивается в своих прошлых прегрешениях, да и им он старается всячески быть полезным. Поэтому они не склонны судить его за прошлые проступки и охотно принимают его в своё общество. Однако Айртону требуется время, и поэтому он просит дать ему возможность пожить в корале, который поселенцы построили для своих одомашненных животных на некотором расстоянии от Гранитного дворца.

Когда бот ночью в бурю возвращался с острова Табор, его спас костёр, который, как думали плывшие на нем, разожгли их друзья. Однако оказывается, что они к этому были непричастны. Выясняется также, что Айртон не бросал в море бутылку с запиской. Поселенцы не могут объяснить эти таинственные события. Они все больше склоняются к мысли, что кроме них на острове Линкольна, как они его окрестили, живёт ещё кто-то, их таинственный благодетель, часто приходящий им на помощь в самых сложных ситуациях. Они даже предпринимают поисковую экспедицию в надежде обнаружить место его пребывания. Однако поиски заканчиваются безрезультатно.

На следующее лето (ибо с тех пор, как Айртон появился на их острове, и до того момента, как он рассказал им свою историю, прошло уже пять месяцев и лето закончилось, а в холодное время года совершать плавание опасно) они решают вновь добраться до острова Табор, чтобы оставить в хижине записку. В записке они намерены предупредить капитана Гленарвана в случае, если он вернётся, что Айртон и пятеро других потерпевших крушение ждут помощи на соседнем острове.

Поселенцы живут на своём острове уже три года. Их жизнь, их хозяйство достигли процветания. Они уже собирают богатые урожаи пшеницы, выращенной из единственного зёрнышка, три года назад обнаруженного в кармане у Харберта, построили мельницу, разводят домашнюю птицу, полностью обустроили своё жилище, из шерсти муфлонов сделали себе новую тёплую одежду и одеяла. Однако мирную жизнь их омрачает одно происшествие, которое грозит им гибелью. Однажды, глядя на море, они видят вдалеке прекрасно оснащённое судно, но над судном реет чёрный флаг. Судно встаёт на якорь у берега. На нем видны прекрасные дальнобойные пушки. Айртон под покровом ночи пробирается на корабль, чтобы произвести разведку. Оказывается, что на корабле находится пятьдесят пиратов. Чудом ускользнув от них, Айртон возвращается на берег и сообщает друзьям, что им необходимо готовиться к битве. Наутро с корабля спускаются две шлюпки. На первой поселенцы подстреливают троих, и она возвращается обратно, вторая же пристаёт к берегу, а шестеро оставшихся на ней пиратов скрываются в лесу. С судна палят из пушек, и оно ещё ближе подходит к берегу. Кажется, что горстку поселенцев уже ничто не в силах спасти. Внезапно огромная волна вздымается под кораблём, и он тонет. Все находящиеся на нем пираты погибают. Как оказывается впоследствии, корабль подорвался на мине, и это событие окончательно убеждает обитателей острова, что они здесь не одни.

Сначала они не собираются истреблять пиратов, желая предоставить им возможность вести мирную жизнь. Но оказывается, что разбойники на это не способны. Они начинают грабить и жечь хозяйство поселенцев. Айртон отправляется в кораль проведать животных. Пираты хватают его и относят в пещеру, где пытками хотят добиться от него согласия перейти на их сторону. Айртон не сдаётся. Его друзья идут ему на помощь, однако в корале Харберта серьёзно ранят, и друзья остаются в нем, не имея возможности двинуться в обратный путь с находящимся при смерти юношей. Через несколько дней они все же отправляются в Гранитный дворец. В результате перехода у Харберта начинается злокачественная лихорадка, он находится при смерти. В очередной раз в их жизнь вмешивается провидение и рука их доброго таинственного друга подбрасывает им необходимое лекарство. Харберт полностью выздоравливает. Поселенцы намерены нанести окончательный удар по пиратам. Они идут в кораль, где предполагают их найти, но находят там измученного и еле живого Айртона, а неподалёку — трупы разбойников. Айртон сообщает, что не знает, как оказался в корале, кто перенёс его из пещеры и убил пиратов. Однако он сообщает одно печальное известие. Неделю назад бандиты вышли в море, но, не умея управлять ботом, разбили его о прибрежные рифы. Поездку на Табор приходится отложить до постройки нового средства передвижения. В течение следующих семи месяцев таинственный незнакомец никак не даёт о себе знать. Тем временем на острове просыпается вулкан, который колонисты считали уже умершим. Они строят новый большой корабль, который в случае необходимости мог бы доставить их до обитаемой земли.

Однажды вечером, уже готовясь ложиться спать, обитатели Гранитного дворца слышат звонок. Срабатывает телеграф, который они провели от кораля до своего дома. Их срочно вызывают в кораль. Там они находят записку с просьбой идти вдоль дополнительного провода. Кабель приводит их в огромный грот, где они, к своему изумлению, видят подводную лодку. В ней они знакомятся с её хозяином и своим покровителем, капитаном Немо, индийским принцем Даккаром, всю жизнь боровшимся за независимость своей родины. Он, уже шестидесятилетний старик, похоронивший всех своих соратников, находится при смерти. Немо дарит новым друзьям ларец с драгоценностями и предупреждает, что при извержении вулкана остров (такова его структура) взорвётся. Он умирает, поселенцы задраивают люки лодки и спускают её под воду, а сами целыми днями без устали строят новый корабль. Однако не успевают его закончить. Все живое гибнет во время взрыва острова, от которого остаётся лишь небольшой риф в океане. Поселенцев, ночевавших в палатке на берегу, воздушной волной отбрасывает в море. Все они, за исключением Юпа, остаются в живых. Больше десяти дней они сидят на рифе, почти умирая от голода и уже ни на что не надеясь. Вдруг они видят корабль. Это «Дункан». Он спасает всех. Как потом обнаруживается, капитан Немо, когда ещё бот был в сохранности, сплавал на нем на Табор и оставил спасателям записку.

Вернувшись в Америку, на драгоценности, подаренные капитаном Немо, друзья покупают большой участок земли и живут на нем так же, как жили на острове Линкольна.