L'ingénieur Cyrus Smith, son domestique Nab, Gédéon Spilett (journaliste), Pencroff (marin), le jeune Harbert (élevé par Pencroff à la mort de son père, le capitaine de Pencroff) et Top, le chien de Smith, fuient en ballon dirigeable Richmond, quartier général de l'armée sudiste où en tant que nordistes, ils étaient retenus prisonniers. Le ballon finit par s'écraser sur une île au large de la Nouvelle-Zélande où les rescapés vont s'organiser en une micro-société de Robinson Crusoé, aidés par la découverte d'une boîte remplie de munitions et d'outils. A bord d'un petit bateau construit par leurs soins, ils explorent l'île toute proche, où ils trouvent Ayrton (personnage des Enfants du capitaine Grant), naufragé vivant dans des conditions déplorables, qu'ils emmènent sur leur île. Une tempête les surprend, et ils ne doivent leur salut qu'à un feu allumé par on ne sait qui, grâce auquel ils sont en mesure de se repérer. Les anciens camarades d'Ayrton, des pirates, surviennent peu après et manquent de tuer les naufragés. Leur bateau pirate est détruit sans aucune explication logique, et plus étrange encore, les corps des pirates morts ne présentent aucune blessure. Autre singularité, Harbert contracte une maladie dont l'apparition inexpliquée d'une bouteille de sulfate de quinine le sauvera. Tous ces mystères s'éclairciront lorsque les naufragés comprendront que leur île est en réalité le port secret du capitaine Nemo (un des principaux personnages de Vingt mille lieues sous les mers) : c'est lui qui leur donna la boîte miraculeuse, lui qui alluma le feu qui les sauva de la tempête, lui qui détruisit le bateau et tua les pirates grâce à un pistolet électrique, lui encore qui leur fournit la bouteille qui sauva Harbert de la mort. Le capitaine Nemo ne tardera pas à mourir de vieillesse, et le volcan de l'île, entrant en éruption, ne laissera aux naufragés qu'une mince bande de terre pour se réfugier. Le navire Duncan, alerté par une bouteille à la mer du sort d'Ayrton,