Retenus prisonniers dans un camp sudiste pendant la guerre de Sécession, le savant et ingénieur Cyrus Smith, le journaliste Gédéon Spilett, le marin Pencroff, l'esclave affranchi Nab et le jeune Harbert, passionné d'histoire naturelle (sans oublier Top, le chien), s'évadent en ballon et atterrissent sur une île apparemment déserte qu'ils baptisent "Lincoln ".
L'île est riche de ressources naturelles, mais aussi de fort mystérieux phénomènes dus à une présence invisible et ambiguë - car, avec Les Enfants du capitaine Grant et Vingt Mille Lieues sous les mers, L'Île mystérieuse forme une trilogie dont le pivot n'est autre que le fameux capitaine Nemo. Dans ce roman, le plus long de la série des Voyages extraordinaires, Jules Verne recompose un microcosme de toutes les richesses offertes par la terre à ce colon qu'est l'homme, ouvrant la porte à une interrogation très actuelle sur les rapports qu'il entretient avec son environnement.