Willy Fog disfruta de un merecido descanso con su esposa Romy en su casa de Londres, tras su vuelta al mundo. Con la ayuda de Rigodón y Tico enmarcan algunas ilustraciones de las aventuras que vivieron en su viaje. Willy Fog visita el Reform Club. Llegan hasta la casa de Willy Fog, el profesor Lidenbrock y su sobrino Axel, que vienen desde Hamburgo recomendados por Lord Guinness. El profesor Lidenbrock necesita la ayuda de Willy Fog para descifrar un extraño manuscrito que ha encontrado en su biblioteca. Willy Fog les ofrece alojamiento y tras varios días inútiles y penosos esfuerzos, Willy Fog descubre, casualmente, el significado del manuscrito. El mensaje lo firma Arne Saknussemm, alquimista del siglo XVI.

Axel se encuentra abatido con el presunto viaje. Willy Fog comunica que emprenderá el viaje al centro de la tierra. Preparativos para el viaje. Viaje en tren hasta Hamburgo. Transfer, disfrazado de revisor, intenta inútilmente confundirles. El profesor Lidenbrock, entusiasmado con la aventura que les aguarda. Romy y Tico se incorporan al viaje. Llegada a Hamburgo. Axel se ofrece a quedarse al cuidado de la escuela. Cogen el barco rumbo a Copenhague.

Willy Fog y sus acompañantes llegan a Copenhague, desde donde parten en el velero Valkyrie hacia Islandia. El grupo aún no ha descubierto a Transfer, atribuyendo a la mala suerte sus peripecias. Nuestros amigos se alojan en un hostal. Transfer acecha. Willy Fog es encerrado en el campanario Kirk pero es liberado por Tico. Finalmente embarcados en el Valkyrie llegan a las costas de Islandia. Les recibe el profesor Fridiksson, alertado de su llegada por su colega Lidenbrock. Willy Fog contrata a Hans, un silencioso guía con reputación de magnífico cazador.

Hans conduce al grupo por senderos cada vez más peligrosos, hasta que Willy Fog le desenmascara descubriendo que se trata en realidad de Transfer. Aparece el verdadero Hans y Transfer huye. Llegan a un poblado de campesinos, donde les intentan robar los valiosos instrumentos que llevan para la expedición, pero son descubiertos. Al amanecer se dirigen a la falda del volcán.

Con la ayuda de los dos campesinos que intentaron robar a Willy Fog, Transfer regresa y rapta a Romy y Tico. Mientras nuestros amigos escalan penosamente la cumbre, hay una fuerte tormenta que logran esquivar utilizando el camino más largo. Mientras, Transfer y sus secuaces alcanzan la cima y se esconden en el interior del volcán. Ajenos, Willy Fog, acompañado por Lidenbrock, Axel y Hans, montan el campamento.

El profesor Lidenbrock aguarda a que abran las nubes, para observar cuál de las tres chimeneas de entrada señala la sombra del pico Scartaris. Inesperadamente, se acerca uno de los campesinos con un pañuelo de Romy, y un mensaje: Willy Fog deberá regresar a Londres si quiere salvar la vida de su esposa. Willy Fog duda. Sale el sol, y tras unas peñas Hans conoce el escondrijo donde ocultan a Romy, Rigodón y Tico. La sombra del pico Scartaris señala la chimenea central. Con la ayuda de Axel y Hans, Willy Fog pone en fuga al perdido Transfer.

Precedidos por el profesor Lidenbrock y Willy Fog, el grupo se pone en marcha. Tras varias horas llegan a una encrucijada, y contra la opinión de Willy Fog, Lidenbrock opta por el camino del Este. Pernoctan. Durante tres días avanzan por un camino equivocado. Cuando por fin reconoce Lidenbrock su error, ya escasea el agua. Con rabia, Willy Fog comprueba que Transfer ha llenado con agua de mar las cantimploras de emergencia. Extenuados, regresan a la encrucijada. Ninguno tiene fuerzas.

Willy Fog y Hans emprenden una nueva marcha por otro corredor con el fin de encontrar agua en algún sitio. El resto del grupo permanece esperándoles. Rigodón y Tico emprenden también la marcha en busca de Willy Fog y Hans, debido a la tardanza de éstos. Willy Fog y Hans han descubierto un río subterráneo y sólo tienen que perforar en la pared con la ayuda de picos. Cuando lo consiguen, les inunda un surtidor de agua hirviendo que pronto se enfría.

El grupo llega hasta una mina de carbón, la cual se desploma sobre ellos, sin sufrir grandes daños. Tras varios días de marcha, Romy y Tico se despistan del grupo contemplando unos cristales de color que resaltan en la roca. Cuando quieren darse cuenta, están completamente perdidos. Desesperación de Romy y Tico al verse perdidos.

Mientras en Londres crece la expectación de la gente que apostó a favor de Willy Fog, ante el riesgo de una nueva erupción, Hans y Rigodón emprenden la búsqueda de Romy y Tico sin conseguirlo. Angustia de Willy Fog y su grupo. Inútiles trucos de Tico para que les encuentren. Finalmente, rendidos y desesperados, Romy y Tico escuchan la lejana voz de Willy Fog, que llega hasta ellos propagándose por la roca. Siguiendo las instrucciones de Willy Fog, se dejan caer y rodar por una especie de tubo, hasta que llegan por un inclinado corredor al encuentro del grupo. Cuando Romy se recupera, no puede dar crédito a sus ojos: está ante una gran bóveda que alberga una enorme playa... y el mar.

Nuestros amigos centran su atención en la construcción de una balsa, mientras Tico se baña apaciblemente. Pero pese a la tranquilidad, algo misterioso y siniestro vigila sus movimientos. Descubren grabado en una losa el nombre de Saknussemm: ¡van por buen camino!. Tras el descanso, botan la balsa y la navegación comienza, bajo el continuo acecho de algo extraño. Con gran alboroto al principio y decepción después Tico pesca... un alga. Son atacados por un cocodrilo gigante, que arrastra la balsa. Willy Fog consigue que huya, pero ataca de nuevo por sorpresa, lanzando a Lidenbrock al agua que, a punto de ahogarse, es salvado por Willy Fog.

Una terrible tempestad azota la balsa, poniendo en peligro la vida del grupo. Llegan de nuevo a la playa. Allí, explorando, y con la ayuda de Tico, Willy Fog descubre la prueba irrefutable que pidiera el banquero Sullivan: la daga de Arne Saknussemm junto a un túnel con su nombre grabado en la entrada. Una enorme roca impide el paso y deciden volarla con pólvora para continuar el viaje. Encienden la mecha y buscan protección en la balsa, alejándose de la orilla, la explosión es terrible.

Alterado el extraño equilibrio de aquella enorme bóveda con la explosión, el mar se encrespa y una ola enorme lanza la balsa por el túnel. Empieza así un largo viaje, el agua se va recalentando y Willy Fog protege su diario y la daga. Se trata de una erupción volcánica y finalmente son arrojados al exterior. Unos campesinos se acercan, hablando en italiano, se encuentran en Stromboli, Italia, y su viaje al centro de la tierra ha terminado. El grupo emprende el regreso a Londres y Willy Fog gana la apuesta.

De regreso en casa, Rigodón y Tico disfrutan de la tranquilidad del hogar. La princesa Romy acompaña a los profesores Fridricksson y Lidenbrock y a Hans a la estación, donde aguardarán a Willy Fog para despedir a sus amigos y compañeros de viaje. Entre tanto, en el Morning Chronicle, Ralph y el propietario del periódico muestran a Willy Fog una serie de ilustraciones de barcos hundidos por un supuesto monstruo marino que en los últimos días está ocasionando graves catástrofes. Willy Fog decide ir a los astilleros del Támesis a estudiar sobre el terreno los destrozos causados por el 'monstruo' en un barco recién llegado, no sin antes pasar por la estación de ferrocarril para despedir a sus amigos.

Rigodón y Tico trastean en la cubierta en tanto la princesa Romy lee y Willy Fog y Ralph acumulan cuanta información puedan encontrar referente a monstruos marinos, en la biblioteca del barco. Entra en escena Akita, el propietario del circo de Yokohama y su exótica y turbadora prometida, que visita al capitán acompañada del galante Willy Fog, lo que despierta un sentimiento de celos en la princesa Romy, molesta además por el hecho de que su marido haya olvidado su cumpleaños. El capitán invita a todos ellos a una cena de gala en su mesa, en el transcurso de la cual Willy Fog sorprende a Romy con un anillo y una magnífica tarta preparada por la prometida de Akita.

Es el primer día abordo del Abraham Lincoln. Willy Fog y Aronnax intercambian opiniones acerca del monstruo marino objetivo de la expedición. Tienen ocasión, más tarde, de conocer a Ned Land, adusto arponero canadiense. Ned Land demuestra su magnífica puntería, en tanto Ralph, guiándose por su olfato periodístico, aborda a Gus, que convenientemente disfrazado, se pasea por cubierta y Rigodón y Tico ayudan al marinero Carlo en sus labores de vigilancia. Gus, descubierto, pide disculpas al capitán, cuando de pronto, suena la alarma del barco y todos acuden a cubierta, desde donde avistan a una orca, que se acerca dando peligrosos coletazos que desequilibran la fragata y consiguen arrojar al capitán al agua. Ned Land da caza a la ballena, mientras que Gus se lanza al agua sin dudar un segundo, para salvar la vida del capitán estableciéndose de nuevo la tranquilidad.

El Abraham Lincoln navega a toda máquina por las aguas del Pacífico Sur, con toda la tripulación y los pasajeros en sus puestos. Gus avisa de la escasez de agua y deciden fondear ante un islote deshabitado para cargar fruta y agua, Rigodón y Tico enredan por los alrededores, donde son secuestrados por unos monos traviesos y enormes. Regresan precipitadamente al barco cuando éste hace sonar la alarma ante la presencia cercana del monstruo. Abordo reina la actividad el resto del día. A la noche, Aronnax señala un punto en el océano, en el que vemos emerger una oscura e indefinida mole.

Durante una interminable noche, el monstruo se aproxima y aleja de la fragata. Desconcierto del capitán y los marineros. Willy Fog cambia impresiones con Ned Land. Obedeciendo a su capitán, Ned Land lanza su arpón, que resbala tras un sonido metálico. Inesperadamente, el monstruo les embiste y el barco naufraga en la oscuridad. Willy Fog, Romy y Aronnax consiguen aferrarse a un madero. Pasan unas horas. Se escucha entonces el inconfundible silbido de Tico. Subidos a una extraña plancha metálica les aguardan Rigodón y Tico, que han logrado salvarse del naufragio con la ayuda de Ned Land.

El Abraham Lincoln desiste en la búsqueda de nuestros amigos y emprende la retirada para arreglar los desperfectos del buque. En el interior del submarino, Ned Land y Aronnax por un lado y Willy Fog, Romy, Rigodón y Tico por otro, se hacen cábalas sobre el lugar en el que se encuentran y el motivo por el que han sido conducidos allí. Tres marineros les guían a una lujosa biblioteca, en donde conocen al Capitán Nemo, su anfitrión, que les muestra sus dominios submarinos.

Mientras el Nautilus navega por el bello fondo marino, nuestros amigos visitan el submarino comenzando por la espaciosa cocina, repleta de víveres marinos en la que Rigodón se queda como ayudante de cocina del marinero Sam y Tico como pinche. Entre tanto, el malencarado Pat roba, con manos nerviosas, unos cuantos lingotes de oro del camarote del Capitán Nemo, para depositarlos con mucho sigilo en el maletín de Willy Fog. Visitan más tarde la sala de máquinas, en la que un orgulloso Capitán Nemo explica el funcionamiento de los motores, el sistema de aprovisionamiento de oxígeno, etc.

El Abraham Lincoln llega al puerto de Nueva York, en donde se confirma la desaparición de Willy Fog y sus acompañantes. Entre tanto, en el Nautilus, Willy Fog hace entrega de los lingotes robados al Capitán Nemo y ofrece su colaboración para descubrir al ladrón. Hablan sobre la construcción del Nautilus y el Capitán Nemo le invita, junto a Romy, el profesor Aronnax y Pat a dar un paseo por el fondo submarino. Equipados con trajes y escafandras se inicia un largo paseo. Descubren los restos de un naufragio. Romy sufre el ataque de una araña de mar.

Al doblar el estrecho de Torres, el Nautilus queda encallado y tienen que esperar a que suba la marea. Pat se fuga del camarote donde se encuentra encerrado y secuestra a Tico, huyendo con él al islote más cercano, que resulta estar habitado por salvajes. Pat convence a éstos para que le ayuden a abordar el submarino, lo que hacen gustosamente. Gracias a un plan ideado por Willy Fog consiguen salvar a Tico y reemprender la marcha del Nautilus.

Ralph informa a los miembros del Reform Club de la desaparición de Willy Fog y del hecho de que no se trata de un monstruo sino de un submarino. Abordo, Willy Fog tiene ocasión de ver un cementerio marino. Más tarde, el Capitán Nemo les invita a él y al profesor Aronnax a visitar las pesquerías de Ceilán. Willy Fog contempla con escafandra los esfuerzos de los pescadores de perlas. Un tiburón ataca al pescador y a Aronnax, que resulta herido. Willy Fog lucha con él, haciéndole huir. El capitán Nemo los protege a ambos de otro ataque y regresan al Nautilus. Poco después cruzan un paso subterráneo y salen al Mediterráneo.

De Londres sale una expedición a la búsqueda de Willy Fog. Ned Land ve fracasado su plan de fuga a causa del temporal. Nemo les conduce hasta la Atlántida. El viaje continúa y el Nautilus se dirige al Polo Sur, donde son atacados por un crucero de guerra. En una inmersión queda atrapado entre las planchas de hielo. Willy Fog propone que vistan sus trajes y escafandras y que piquen el debilitado hielo de la superficie con la ayuda de chorros de agua caliente. Así lo hacen y cuando empieza a faltar el aire, Nemo ordena que el Nautilus suba de nuevo a la superficie, rompiendo el hielo que lo aprisiona.

Al Morning Chronicle llegan noticias del submarino y renace la esperanza de encontrar a Willy Fog. Rigodón y Tico son perseguidos por un oso polar, durante una sesión de pesca en un iceberg y el Nautilus reanuda su marcha. Un pulpo gigantesco atrapa con sus tentáculos al Nautilus, desestabilizándose y atorando la hélice. Al ataque se suma algún pulpo más. El capitán Nemo ordena que el Nautilus suba a la superficie y con la ayuda de Ned Land, Willy Fog y Aronnax luchan con los pulpos hasta que el Nautilus está en condiciones de continuar la marcha.

Subiendo hacia las costas de Escocia, el Nautilus sufre el ataque del acorazado que lleva tiempo en su búsqueda tras el hundimiento del Abraham Lincoln. Ned Land prepara la definitiva huida del Nautilus con la aprobación de Willy Fog, cuando de nuevo salen a la superficie. Se acerca un torbellino, que amenaza con engullir al Nautilus. Willy Fog salta a tiempo a la lancha en la que aguardan sus amigos y ganan la costa. A lo lejos, desaparece de su vista el Nautilus. Son recogidos por un barco y llegan al puerto de Tilbury, en Londres, en loor de multitudes.