Действие происходит в 1914 году. Молодой американский учёный Майло Тэтч (Майкл Джей Фокс), следящий в Вашингтонском музее за бойлером, увлечён поисками Атлантиды, чем занимался и его покойный дед Тадеус Тэтч. Научное сообщество не одобряет его идей, считая их химерами, и отказывается финансировать экспедицию. Однако Майло находит неожиданную поддержку в лице старого друга деда, мистера Уитмора, который некогда обещал деду выделить необходимую сумму, и теперь выполняет обещание. Майло он предлагает присоединиться к экспедиции в качестве лингвиста, специалиста по древним языкам.

Майло отправляется на поиски Атлантиды на огромной паровой субмарине, которую спускают на воду с американского военного корабля. Он становится членом команды под руководством капитана Рурка и лейтенанта Хельги Синклер; кроме него в состав команды входят военный врач Милляга, Одри (главный механик), Винни (специалист-пиротехник), Кекс (повар), Мольер (геолог) и старушка Пекардт (специалист по связи).

Подводная лодка гибнет в результате нападения Левиафана — огромного механического ракообразного, созданного стражами Атлантиды. Часть команды спасается на минисубмаринах и, высадившись в гроте, начинает долгие поиски Атлантиды, ориентируясь по дневнику, найденному когда-то дедом Майло. За экспедицией следят атланты. Потеряв большую часть тяжелой техники, экспедиция находит древний город. Их ведут на аудиенцию к королю.