Når de kommer ombord møter de den eksentriske kaptein Nemo; en bitter mann som «mener han har rett til å senke skip og hevne seg på menneskene som har forstøtt ham.» Nemo er umåtelig rik, og har fått bygget skipet på en øde øy i Stillehavet. Undervannsbåten er utstyrt med luksus og et bibliotek med 12 000 bøker som vitner om Nemos dannelse. Nemo behandler gjestene godt, og lar dem delta på undersjøiske jaktekspedisjoner og naturobservasjoner. På sin reise gjennom verdenshavene får de blant annet se Atlantis, kjempeblekkspruter og gå på jakt i Crespoøyas skoger. Gjestene tas også med til Sydpolen der kaptein Nemo stiger i land som første menneske noensinne, og de får se hvordan skipet finansieres, ved å samle skatter fra senkede skip. De reisende blir noen ganger låst inne, og det skapes derved et inntrykk av at Nemo og Nautilus har andre, hemmelige fiender eller oppdrag.