Le professeur Lindenbroock est un Ecossais volontaire et obstiné. Ses travaux l'ont amené à supposer qu'il était possible d'atteindre le centre de la planète et il décide d'y aller voir. Il part donc, accompagné de Pat Boone, son assistant, fiancé à sa fille ; mais dès les premiers préparatifs, une hostilité mystérieuse semble s'acharner à faire échouer l'expédition. Celle-ci réussit enfin à s'ébranler ; le professeur et son assistant sont maintenant accompagnés d'un aimable et solide garçon qui a pour inséparable ami un canard nommé Gertrude. Une femme aussi, très jolie, les suit : son mari, un célèbre professeur autrichien, a été assassiné alors qu'il s'apprêtait à partir lui aussi vers le centre de la terre, grâce à des documents indûment retenus, et qui appartenaient au professeur Lindenbroock. Pour racheter la conduite de son mari, elle a pensé ne pouvoir mieux que de donner tout l'équipement et le matériel qu'il avait réunis, mais a demandé à accompagner ce matériel. Et l'exploration commence, extraordinaire, passionnante et dangereuse. Après plusieurs jours cependant, force est aux explorateurs de constater qu'ils ne sont pas seuls et que quelqu'un les guette, qui veut leur mort. Un hasard leur fait rencontrer ce quelqu'un qui est l'un des descendants du premier explorateur et se révèle être aussi l'auteur de la mort du professeur autrichien, ainsi que de tous les avatars subis par Lindenbrook. Ne pouvant se résoudre à faire justice eux-mêmes, les explorateurs descendent vers des profondeurs nouvelles et le nouveau venu s'incorpore plutôt mal que bien au groupe d'amis. La chute d'un gros rocher viendra bientôt mettre fin à cette encombrante présence, et après bien des dangers, bien des aventures, une éruption opportune fera revenir les uns et les autres à la surface d'un monde qu'ils pensaient bien de ne plus revoir. Au retour, Pat épousera la fille du professeur et ce dernier découvrira qu'il ne peut plus se passer de la femme charmante, courageuse et spirituelle qui fut sa compagne d'exploration.