En 1914, Milo Thatch, nieto del gran Thaddeus Thatch, trabaja en la sala de calderas de un museo. Sabe que la Atlántida fue real y que puede llegar allí si tiene el misterioso Diario del Pastor, que puede guiarlo hasta la Atlántida, pero necesita que alguien financie un viaje. Su jefe piensa que está loco y se niega a financiar cualquier idea descabellada. Regresa a su apartamento y encuentra a una mujer allí. Ella lo lleva a Preston B. Whitmore, un viejo amigo de su abuelo. Whitmore le da a Milo el Diario del Pastor, un submarino y una tripulación estelar. Viajan por el Océano Atlántico, se enfrentan a una gran langosta llamada Leviatán y finalmente llegan a la Atlántida. Pero, ¿se revela que las motivaciones de la tripulación de la Atlántida son diferentes a las de Milo?