26 червня 1864 р екіпаж яхти «Дункан», що належить лорду Едуарду Гленарвану, виднейшему члену Королівського яхт-клубу Темзи і багатому шотландському землевласникові, виловлює в Ірландському морі акулу, в животі якої знаходить пляшку з запискою на трьох мовах: англійській, німецькій та французькій . У записці коротко повідомляється, що під час катастрофи «Британії» врятувалося троє - капітан Грант і два матроси, що вони потрапили на якусь землю; вказується і широта і довгота, але неможливо розібрати, яка це довгота - цифру розмило. У записці говориться, що врятовані перебувають на тридцять сьомому градусі одинадцятій хвилині південної широти. Довгота невідома. Тому розшукувати капітана Гранта і його супутників треба десь на тридцять сьомої паралелі. Англійське адміралтейство відмовляється спорядити рятувальну експедицію, але лорд Гленарван і його дружина вирішують зробити все можливе, щоб відшукати капітана Гранта. Вони знайомляться з дітьми Гаррі Гранта - шістнадцятирічної Мері і дванадцятирічним Робертом. Яхту споряджають в далеке плавання, в якому бажають взяти участь дружина лорда - Гелена, дуже добра і мужня молода жінка, і діти капітана Гранта. В експедиції також беруть участь майор Мак-Наббс, чоловік років п'ятдесяти, скромний, мовчазний і добродушний, близький родич Гленарвана; тридцятирічний капітан «Дункана» Джон Манглс, двоюрідний брат Гленарвана, людина мужня, добрий і енергійний; помічник капітана Том Остін, старий моряк, що заслуговує повної довіри, і двадцять три людини суднової команди, всі шотландці, як і їхній хазяїн.
25 серпня «Дункан» виходить в море з Глазго. На наступний день з'ясовується, що на борту знаходиться ще один пасажир. Їм надається секретар Паризького географічного товариства француз Жак Паганель. За властивою йому неуважності він за день до відплиття «Дункана», переплутавши кораблі (бо хотів плисти в Індію на пароплаві «Шотландія»), забрався в каюту і проспав там рівно тридцять шість годин, щоб краще перенести качку, і не виходив на палубу до другого дня подорожі. Коли Паганель дізнається, що він пливе в Південну Америку замість Індії, спочатку його охоплює відчай, але потім, дізнавшись про мету експедиції, він вирішує внести зміни в свої плани і плисти разом з усіма.
Перепливши Атлантичний океан і пройшовши через Магелланова протока, «Дункан» виявляється в Тихому океані і направляється до берегів Патагонії, де, за деякими припущеннями - спочатку саме так витлумачили записку, - капітан Грант нудиться в полоні в індіанців.
Пасажири «Дункана» - лорд Гленарван, майор Мак-Наббс, Паганель, Роберт і троє матросів - висаджуються на західному узбережжі Патагонії, а Гелена і Мері під опікою Джона Манглса залишаються на вітрильнику, який повинен обігнути континент і чекати мандрівників на східному узбережжі, біля мису Коррієнтес.
Гленарван і його супутники проходять через всю Патагонію, слідуючи по тридцять сьомої паралелі. У цій подорожі з ними відбуваються неймовірні пригоди. Під час землетрусу в Чилі пропадає Роберт. Кілька днів пошуків закінчуються плачевно - дитини ніде не можуть знайти. Коли маленький загін, втративши будь-яку надію його відшукати, вже збирається вирушити в дорогу, подорожні раптом бачать кондора, який в своїх потужних лапах несе Роберта і починає злітати разом з ним в піднебессі. Мак-Наббс вже хоче вистрілити в птаха, коли раптово його випереджає чийсь інший влучний постріл. Поранена птах, немов парашут, на своїх могутніх крилах спускає Роберта на землю. З'ясовується, що цей постріл зробив тубілець на ім'я Талькав. Він стає їхнім провідником по рівнинах Аргентини, а в подальшому і справжнім другом.
У пампасах подорожнім загрожує загибель від спраги. Талькав, Гленарван і Роберт, чиї коні ще не дуже стомлені, відправляються на пошуки води і випереджають інших. Біля річки вночі на них нападає зграя червоних вовків. Трьом мандрівникам загрожує неминуча загибель. Тоді Роберт схоплюється на швидконогу Тауку, кінь Талькава, і, ризикуючи бути розтерзаних вовками, захоплює зграю від Гленарвана і Талькава. Йому вдається уникнути загибелі. Він приєднується до групи Паганеля і вранці знову зустрічається зі врятованими їм Гленарваном і Талькавом.
Незабаром після цього в низині загону доведеться пережити повінь через розлив річок. Подорожнім вдається піднятися на розкидисте горіхове дерево, яке бурий потік не зміг вирвати з землі. На ньому вони влаштовують привал, навіть розводять багаття. Вночі ураган все-таки вириває дерево, і на ньому людям вдається виплисти на сушу.
Паганеля приходить в голову думка, що спочатку записка капітана Гранта була витлумачена невірно і що мова в ній йде не про Патагонії, а про Австралію. Він досить доказово переконує інших у правильності свого висновку, і мандрівники приймають рішення повернутися на корабель, щоб продовжити плавання до берегів Австралії. Так вони і роблять.
Вони обстежують, але марно, два острови, що лежать по шляху, - Тристан-да-Кунья і Амстердам. Потім «Дункан» наближається до мису Бернуллі, розташованому на австралійському узбережжі. Гленарван висаджується на сушу. У декількох милях від берега стоїть ферма якогось ірландця, який радо приймає мандрівників. Лорд Гленарван розповідає ірландцеві про те, що привело його в ці краї, і питає, чи немає у нього відомостей про англійську Трищогловий судні «Британія», що зазнав аварії біля двох років тому десь у західних берегів Австралії.
Ірландцеві ніколи не доводилося чути про затонулому кораблі, але, на превеликий подив усіх присутніх, в розмову втручається один з його працівників, на прізвище Айртон. Він заявляє, що якщо капітан Грант ще живий, то знаходиться на австралійській землі. Його документи і розповідь засвідчують, що він служив боцманом на «Британії». Айртон каже, що втратив капітана з уваги в той момент, коли корабель розбився об прибережні рифи. До сих пір він був переконаний, що з усієї команди «Британії» вцілів лише він один. Правда, Айртон запевняє, що корабель розбився не у західних, а у східних берегів Австралії, і якщо капітан Грант ще живий, про що свідчить записка, то перебуває в полоні у тубільців де-небудь на східному узбережжі.
Айртон говорить з щирістю. В його словах важко сумніватися. До того ж за нього ручається ірландець, у якого він служив. Лорд Гленарван вірить Айртону і за його порадою приймає рішення перетнути Австралію по тридцять сьомої паралелі. Гленарван, його дружина, діти капітана Гранта, майор, географ, капітан Манглс і кілька матросів, зібравшись в невеликий загін, вирушають в дорогу на чолі з Айртоном. «Дункан» ж, отримав деякі пошкодження в корпусі, бере курс на Мельбурн, де планується проведення його ремонту. Команда яхти на чолі з помічником капітана Томом Остіном там має очікувати розпоряджень Гленарвана.
Жінки виїжджають у візку, запряженому шістьма биками, а чоловіки - верхи на конях. Під час поїздки мандрівники проїжджають повз золотоносних копалень, милуються австралійськими флорою і фауною, Спочатку подорож проходить в досить комфортабельних умовах, по населеній місцевості. Однак у одній з коней ламається підкова. Айртон йде за ковалем, і той ставить нові підкови з трилисником - знаком скотарській стоянки Блек-Пойнт. Незабаром невеликий загін вже продовжує свій шлях. Мандрівники стають свідками результатів злочину, скоєного на Кемденском мосту. Всі вагони, крім останнього, впали в річку через те, що не були зведені рейки. Останній вагон пограбований, всюди валяються обгорілі знівечені трупи. Поліція схильна вважати, що цей злочин - справа рук банди швидких каторжників під проводом Бена Джойса.
Незабаром Айртон заводить загін у ліс. Мандрівники змушені на невизначений час зупинитися, оскільки перед ними - бурхлива ріка, що розлилася, яку можна буде перейти вбрід тільки тоді, коли вона повернеться в нормальне русло. Тим часом через незрозумілу хвороби гинуть всі бики і коні, за винятком тієї, що була підкована трилисником. Одного вечора майор Мак-Наббс бачить в тіні дерев якихось людей. Не кажучи нікому ні слова, він відправляється на розвідку. Виявляється, що це каторжники; він підкрадається до них і підслуховує їхню розмову, з якого стає очевидним, що Бен Джойс і Айртон - це одна особа, а його банда під час усієї подорожі загону Гленарвана по материку трималася від нього поблизу, орієнтуючись на слід коня з підковою Блек-Пойнта. Повернувшись до своїх друзів, майор до пори до часу не говорить їм про своє відкриття. Айртон вмовляє лорда Гленарвана наказати «Дункана» з Мельбурна відправитися на східне узбережжя - там бандити легко заволоділи б яхтою. Зраднику вже майже вручають наказ на ім'я помічника капітана, але тут майор його викриває і Айртону доводиться бігти. Перед тим як зникнути, він ранить Гленарвана в руку. Через деякий час подорожні приймають рішення послати в Мельбурн іншого гінця. Замість пораненого Гленарвана наказ пише Паганель. Один з матросів вирушає в дорогу. Однак Бен Джойс важко ранить матроса, забирає у нього лист і сам їде в Мельбурн. Його банда переходить річку по мосту, який опинився неподалік, а потім спалює його, щоб Гленарван не зміг ним скористатися. Загін чекає, коли знизиться рівень річки, потім споруджує пліт і на плоту переправляється через заспокоєний річку. Добравшись до узбережжя, Гленарван розуміє, що банда Бена Джойса вже заволоділа «Дунканом» і, перебивши команду, вирушила на ньому у невідомому напрямку. Всі приходять до висновку, що необхідно пошуки припинити, бо здійснювати їх уже нема на чому, і повернутися до Європи. Однак з'ясовується, що корабля, що відправляється в Європу, можливо, доведеться чекати дуже довго. Тоді мандрівники вирішують доплисти до Окленда, що в Новій Зеландії: звідти рейси до Європи регулярні. На благенькому суденці з вічно п'яними капітаном і матросами, переживши бурю, під час якої судно сідає на мілину, Гленарван з друзями все ж досягає берегів Нової Зеландії.
Там вони потрапляють в полон до тубільців-людожерів, які збираються їх вбити. Однак, завдяки винахідливості Роберта, їм вдається втекти з полону. Через кілька днів шляху вони доходять до східного узбережжя Нової Зеландії і біля берега бачать пирога, а трохи далі - групу тубільців. Подорожні сідають в пирога, однак тубільці в декількох човнах їх переслідують. Мандрівники в розпачі. Після того, що їм довелося пережити в полоні, вони вважають за краще померти, але не здатися. Раптом вдалині Гленарван бачить «Дункан» з власною командою на борту, яка допомагає йому відірватися від переслідувачів. Мандрівники дивуються, чому «Дункан» стоїть біля східних берегів Нової Зеландії. Том Остін показує наказ, написаний рукою розсіяного Паганеля, який замість того, щоб написати «Австралія», написав «Нова Зеландія». Через помилку Паганеля плани Айртона звалилися. Він надумав бунтувати. Його замкнули. Тепер Айртон крім своєї волі пливе на «Дункана» разом з тими, кого хотів обдурити.
Гленарван намагається переконати Айртона дати справжні відомості про загибель «Британії». Багаторазові прохання і завзятість леді Гленарван роблять свою справу. Айртон згоден розповісти все, що знає, а в обмін на це просить, щоб його висадили на якомусь безлюдному острові в Тихому океані. Гленарван приймає його пропозицію. З'ясовується, що Айртон покинув «Британію» ще до краху. Він був висаджений Гаррі Грантом в Австралії за спробу організації заколоту. Історія Айртона не проливає світла на місцезнаходження капітана Гранта. Однак Гленарван тримає своє слово. «Дункан» пливе все далі, і ось далеко показується острів Табор. На ньому і вирішено залишити Айртона. Однак на цьому клаптику суші, що лежить на тридцять сьомої паралелі, відбувається диво: виявляється, що саме тут знайшли притулок капітан Грант і двоє його матросів. Замість них на острові залишається Айртон, щоб мати можливість покаятися і спокутувати свої злочини. Гленарван обіцяє, що коли-небудь за ним повернеться.
А «Дункан» благополучно повертається до Шотландії. Мері Грант незабаром заручається з Джоном Манглс, з яким за час їх спільної подорожі її зв'язало ніжне почуття. Паганель одружується з двоюрідною сестрою майора. Роберт ж, як і його батько, стає бравим моряком.
