Le roman suit le professeur Lidenbrock, son neveu Axel et leur guide islandais Hans, qui descendent dans le cratère d'un volcan éteint pour rejoindre le centre de la Terre, découvrant en chemin un monde souterrain peuplé d'espèces disparues, de champignons géants et de paysages géologiques d'une échelle vertigineuse. Verne y déploie son sens constant de l'émerveillement scientifique, transformant la géologie et la paléontologie en une aventure aussi rigoureuse que fantastique, chaque strate terrestre traversée devenant un nouveau tableau merveilleux à explorer.
Le roman s'impose rapidement comme l'un des grands succès de Verne, installant durablement sa réputation de conteur visionnaire capable de transformer la science en aventure, quarante et un ans avant sa mort en 1905.
Le roman demeure l'une des œuvres les plus universellement adaptées de Verne, son exploration souterraine continuant d'être étudiée comme l'une des grandes réussites fondatrices du roman d'aventures scientifique.