В США во время гражданской войны пятеро северян бегут из осаждённой столицы южан Ричмонд на воздушном шаре. В марте 1865 года страшная буря выбрасывает их на берег необитаемого острова в Южном полушарии. Каждый из новых поселенцев острова обладает незаменимыми талантами, а под руководством инженера Сайруса Смита эти отважные люди сплачиваются и становятся единой командой. Вначале с помощью простейших подручных средств, а затем, производя на собственных небольших фабриках все более и более сложные орудия труда и предметы обихода, поселенцы обустраивают свою жизнь. Вскоре, благодаря своему трудолюбию и уму, колонисты уже не знают нужды ни в еде, ни в одежде, ни в тепле и уюте.

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 — орангутана, 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, назвав его «Бонадвентур». Когда бот готов, все вместе отправляются на нём в пробное плавание вокруг острова. Во время него они находят бутылку с запиской, где говорится, что потерпевший кораблекрушение человек ждёт спасения на острове Табор. Пенкроф, Гедеон Спилет и Герберт обнаруживают потерявшего человеческий облик Айртона, который был оставлен на Таборе за попытку поднять бунт на паруснике «Дункан». Однако хозяин «Дункана» Эдуард Гленарван сказал, что когда-нибудь вернется за Айртоном. Колонисты берут его с собой на остров Линкольна, где, благодаря их заботе и дружбе, его умственное здоровье наконец восстанавливается.

Проходит три года. Поселенцы уже собирают богатые урожаи пшеницы, выращенной из единственного зернышка, три года назад обнаруженного в кармане у Герберта, построили мельницу, разводят домашнюю птицу, полностью обустроили своё жилище, из шерсти муфлонов сделали себе новую теплую одежду и одеяла. Однако мирную жизнь их омрачает одно происшествие, которое грозит им гибелью. Однажды, глядя на море, они видят вдалеке прекрасно оснащенное судно, но над судном реет чёрный флаг. Судно встает на якорь у берега. Айртон под покровом ночи пробирается на корабль, чтобы произвести разведку. Оказывается, что на корабле находится пятьдесят пиратов (часть из них входила в бывшую шайку Айртона) и дальнобойные пушки. 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 пристает 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 нём пираты погибают. Как оказывается впоследствии, корабль подорвался на подводной 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 сдается. Его друзья идут ему на помощь, однако в корале Герберта серьёзно ранят. После его выздоровления поселенцы намерены нанести окончательный удар по пиратам. Они идут в кораль, где предполагают их найти, но находят там измученного и еле живого Айртона, а неподалеку — 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. Пираты украли «Бонавентур» и вышли на нём в море. Не умея управлять кораблём, они разбили его о прибрежные рифы, но сами спаслись.

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 (лодка все равно не вышла бы в море из-за изменений дна в гроте), а сами целыми днями без устали строят новый корабль. Однако не успевают его закончить. Все живое гибнет во время взрыва острова, от которого остается 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 жажды 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, сходил на нём на Табор и оставил спасателям записку, предупредив, что Айртон и пятеро других потерпевших крушение ждут помощи на соседнем острове.

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