西暦1889年、世界中の海で謎の怪獣による船舶遭難事故が相次いで起こった。
その怪獣によって父親が行方不明になった発明好きの少年ジャン・ロック・ラルティーグは、飛行機コンテストに参加するため、パリ万国博覧会にやってきた。
セーヌ川の岸辺で叔父と共にコンテストに向けて機体を整備していた時、上の道を自転車で走り去る少女、ナディアを見かけ一目惚れする。
ジャンは後を追って行きエッフェル塔の展望台で友達になろうとするが、そこにナディアの持つ宝石・ブルーウォーターを狙うグランディス一味が現れる。
その場から逃げ去ったナディアだが、その身のこなしとライオンのキングの存在で行き場所はサーカスと察したグランディス一味によって連れ去られかける。
だが同じくナディアの公演を目当てにサーカスを見に来ていたジャンによって助けられジャンの家で夜を明かす。
そこに再び万能戦車グラタンに乗ったグランディス一味が現れジャンが発明した飛行機に乗って逃げることにする。
そのままナディアの生まれ故郷と思われるアフリカまで行こうとするが途中で故障し漂流することになり、アメリカの戦艦に助けられる。
追いすがってきたグラタンは戦艦に撃破されるが、今度は戦艦が謎の怪獣に襲われジャン達は再び漂流することに。
再び漂流したジャンとナディアは謎の人物ネモ船長が指揮する万能潜水艦ノーチラス号に救助され、飛行機を直してもらいフランスに帰ることにするが、途中ある島に近づいた際に攻撃されて不時着する。
その島はガーゴイルを首領とする秘密組織ネオ・アトランティスに占領されており、グランディス一味も漂着していた。
グランディス一味がブルーウォーターを狙う切っ掛けになった懸賞金広告はネオ・アトランティスの手によるもので、ネオ・アトランティスはブルーウォーターとナディアを探し求めていること、謎の怪獣はネオ・アトランティスの潜水艦であり、ノーチラス号はネオ・アトランティスに対抗する存在だったことなどが明らかになっていく。
グランディス一味と協力しグラタンで島を脱出したナディア達はネモ船長の判断で再びノーチラス号に救出され見習いの乗組員となり、次第にネモとガーゴイルの戦いに巻き込まれていく。