《神秘岛》以美国南北战争为背景，讲述了五名北军战俘的荒岛求生传奇。战争期间，工程师赛勒斯·史密斯、记者吉丁·史佩莱等五人因不愿屈服于南方军队，乘热气球逃离里士满，却在途中遭遇猛烈风暴，被抛到太平洋一座无人荒岛。
初到荒岛时，他们一无所有，环境险恶且缺乏基本生存物资，但史密斯凭借丰富的科学知识，带领同伴利用岛上资源展开自救：他们用岩石烧制陶器、用铁砂打造工具，搭建起坚固的住所“花岗岩宫”，还开垦土地种植作物、驯养野生动植物，将荒岛逐步改造成宜居的家园，并为其命名“林肯岛”。求生过程中，他们多次遭遇危机——遭遇海盗袭击、面对野兽侵扰、应对火山活动的威胁，却总能凭借智慧与团结化险为夷。
更离奇的是，荒岛之上接连出现无法解释的怪事：搁浅的船只送来急需的药品、失踪的伙伴被神秘人救回、火山爆发前收到撤离预警。这些“神迹”最终揭开谜底：隐居在附近海底的尼摩船长（《海底两万里》中的主角），一直暗中观察并帮助他们，他因欣赏这群人的勇气与智慧，选择以这种方式伸出援手。
故事的最后，林肯岛因火山剧烈爆发面临毁灭，幸存者们在绝境中被格兰特船长的儿子罗伯特率领的船只搭救，最终返回美国。而尼摩船长也在此时走完人生旅程，他的鹦鹉螺号潜艇随其沉入深海，为凡尔纳的“海洋三部曲”画上了悲壮又圆满的句号。
