Prof. Lidenbrock bestudeert een oude IJslandse gecodeerde runentekst. Uiteindelijk weet hij, met enige hulp van zijn neefje Axel, deze te ontcijferen. De tekst luidt:
Daal af in den krater van den Sneffels Yocul (Snæfellsjökull), dien de schaduw van den Scartaris treft vóór den eersten Juli, vermetele reiziger! en gij zult het middelpunt der aarde bereiken. Ik heb het gedaan. Arne Saknussemm.
De professor onderneemt hierop met Axel de reis naar IJsland om in de slapende vulkaan Snæfellsjökull af te dalen, samen met de ingehuurde gids Hans.
De groep daalt dieper en dieper af en reist daarbij ook zuidwaarts, weg van IJsland. Ze zien allerlei rotsformaties, fossielen en mineralen. Op een diepte van "dertig uur gaans" (ca. 150 km) bereikt het gezelschap een onderaardse zee, die de Lidenbrockzee wordt genoemd. De enorme grot wordt verlicht door een elektrisch verschijnsel en er komen zelfs weerverschijnselen voor. Op een geïmproviseerd vlot vertrekken ze van Grauben-haven (vernoemd naar Axels geliefde) via het vulkanische eilandje Axel naar Kaap Saknussemm aan de zuidkust van deze enorme zee.
De oversteek duurt vele dagen en de reizigers ontdekken prehistorische dieren en wonen zelfs een gevecht bij tussen een plesiosaurus en een pliosaurus. Ook raken ze in een storm verzeild.