Während des amerikanischen Bürgerkriegs entkommen fünf Kriegsgefangene aus dem Norden während der Belagerung von Richmond, Virginia, indem sie einen mit Wasserstoff gefüllten Beobachtungsballon entführen. Bei den Entflohenen handelt es sich um Cyrus Smith, einen Eisenbahningenieur in der Unionsarmee (in Kingstons Version Cyrus Harding genannt); seinen ehemaligen Sklaven und treuen Gefolgsmann Neb (kurz für Nebukadnezar); Bonadventure Pencroff, einen Seemann (der nur mit seinem Nachnamen angesprochen wird; in Kingstons Übersetzung heißt er Pencroft); sein Schützling und Adoptivsohn Harbert Brown (in einigen Übersetzungen Herbert genannt); und der Journalist Gedéon Spilett (Gideon Spilett in englischen Versionen). Vervollständigt wird die Gesellschaft durch Cyrus' Hund "Top".a
Nachdem die Gruppe mehrere Tage in einem großen Sturm geflogen ist, stürzt sie auf einer felsigen, vulkanischen, unbekannten Insel ab, die auf 34°57'S 150°30'W (südlicher Pazifik/asiatisch:ozeanische Seite) liegt, etwa 2.500 Kilometer östlich von Neuseeland. Zu Ehren von Abraham Lincoln wird sie "Lincoln Island" genannt. Mit dem Wissen des genialen Ingenieurs Smith gelingt es den fünf, sich auf der Insel selbst zu versorgen und Feuer, Töpferwaren, Ziegelsteine, Nitroglyzerin, Eisen, einen elektrischen Telegrafen, ein Höhlenhaus in einer steinigen Klippe namens "Granithaus" und sogar ein seetüchtiges Schiff, das sie "Bonadventure" nennen, herzustellen.
Während ihres Aufenthalts auf der Insel erträgt die Gruppe schlechtes Wetter und zähmt einen Orang-Utan, Jupiter, abgekürzt Jup (oder Joop, in der Übersetzung von Jordan Stump). Auf der Insel gibt es ein Geheimnis in Form eines unsichtbaren deus ex machina, der dafür verantwortlich ist, dass Cyrus nach seinem Sturz aus dem Ballon überlebt, dass Top auf mysteriöse Weise von einem Dugong gerettet wird, dass eine Kiste mit Ausrüstungsgegenständen (Gewehre und Munition, Werkzeuge usw.) auftaucht und andere scheinbar unerklärliche Ereignisse eintreten.
Die Gruppe findet eine Flaschenpost, die sie auffordert, einen Schiffbrüchigen auf der nahe gelegenen Insel Tabor zu retten, bei dem es sich um keinen Geringeren als Tom Ayrton (aus In Search of the Castaways) handelt. Auf dem Rückweg zur Lincoln-Insel geraten sie in einen Sturm, werden aber von einem geheimnisvollen Leuchtfeuer auf ihren Kurs zurückgeführt.
Ayrtons ehemalige Gefährten treffen zufällig auf der Lincoln-Insel ein und versuchen, in ihr Versteck zu gelangen. Nach einigen Kämpfen mit den Protagonisten wird das Piratenschiff auf mysteriöse Weise durch eine Explosion zerstört. Sechs der Seeräuber überleben und entführen Ayrton. Als die Kolonisten nach ihm suchen wollen, schießen die Piraten auf Harbert und verletzen ihn schwer. Harbert überlebt und entgeht nur knapp dem Tod. Die Kolonisten nehmen zunächst an, dass Ayrton getötet wurde, doch später finden sie Beweise dafür, dass er nicht sofort tot war, so dass sein Schicksal ungewiss bleibt. Als die Kolonisten voreilig versuchen, nach Granite House zurückzukehren, bevor Harbert sich vollständig erholt hat, erkrankt Harbert an Malaria, wird aber durch eine Schachtel Chininsulfat gerettet, die auf mysteriöse Weise auf dem Tisch in Granite House auftaucht. Nachdem Harbert sich erholt hat, versuchen sie, Ayrton zu retten und die Piraten zu vernichten. Sie finden Ayrton im Schafstall und die Piraten tot vor, ohne sichtbare Wunden außer einem kleinen roten Fleck auf jedem von ihnen.
Die Insel entpuppt sich als das Versteck von Kapitän Nemo und als Heimathafen der Nautilus. Nachdem die Nautilus am Ende von Zwanzigtausend Meilen unter dem Meer dem Mahlstrom entkommen war, segelte sie über die Weltmeere, bis alle Besatzungsmitglieder außer Nemo gestorben waren. Jetzt, als alter Mann, brachte Nemo die Nautilus in ihren geheimen Hafen auf der Lincoln-Insel zurück ...
