Za americké občanské války „severu proti jihu“ uprchne balónem z jižanské pevnosti v obleženém městě Richmondu skupina pěti mužů náležející ke straně seveřanů. Balón se dostane do bouře a je větrnou smrští zahnán až k neznámé zemi. Trosečníci brzy zjistí, že jde o ostrov, a to ne ledajaký.

I když situace ztroskotanců vypadá zprvu beznadějně, díky jejich technickým a přírodopisným znalostem se jim podaří přežít. Ve skupině trosečníků jsou zastoupena různá povolání (inženýr, lodní tesař, novinář, přírodopisec), je tu vedle nedospělého chlapce také černoch a později dokonce i bývalý trestanec Nab (postava z Vernova románu Děti kapitána Granta), kterého trosečnící našli na blízkém ostrově Tabor. V knize se jmenuje Ayrton.

S románem Dvacet tisíc mil pod mořem spojuje knihu Tajuplný ostrov postava umírajícího kapitána Nema, jehož ponorka Nautilus má na ostrově základnu. Tím se z klasické „robinzonády“ stal vědeckofantastický román. Kapitán Nemo nejprve tajně trosečníkům pomáhá a torpédem zničí loď pirátů, nemůže však odvrátit sopečnou katastrofu, jež ostrov zničí. Po objevení Nemo trosečníky seznámí se svou minulostí: Je indický kníže Dakkar, který byl duší povstání sipáhijů v roce 1857. Po rozdrcení povstání s dvaceti nejvěrnějšími vybudoval Nautilus a přijal bojové jméno Nemo (latinsky nikdo). Muži postupně umírali. Osamělý Nemo se uchýlil do jednoho z přístavů, jež tajně vybudoval, a šest let v něm pobýval, dokud se nesetkal s Cyrusem Smithem a jeho přáteli. Nakonec požádá trosečníky, aby po jeho smrti Nautilus potopili otevřením kohoutů, které umožňují naplnit ho vodou.

Brzy po potopení Nautilu je ostrov zničen výbuchem sopky. Trosečníci se zachrání na jeho posledním skalisku, které ještě vyčnívá nad vodou, a před smrtí hladem a žízní je zachrání jachta Duncan, přijíždějící pro Ayrtona.

Takový je tedy děj knihy, a jaké bude pokračování filmové verze, to se dozvíte v dalším pokračování seriálu na DVD.