Il 26 giugno 1864 l'equipaggio dello yacht Duncan, di proprietà di Lord Edward Glenarvan, un membro di spicco del Thames Royal Yacht Club e un ricco proprietario terriero scozzese, cattura uno squalo nel Mare d'Irlanda, nel cui stomaco trova una bottiglia con una nota in tre lingue: inglese, tedesco e francese . La nota afferma brevemente che durante il crollo dei "britannici" tre furono salvati - il capitano Grant e due marinai, che erano caduti su un terreno; sono indicati sia la latitudine che la longitudine, ma è impossibile capire che tipo di longitudine sia: la figura è sfocata. La nota dice che i salvati sono al trentasettesimo grado dell'undicesimo minuto di latitudine sud. La longitudine è sconosciuta. Pertanto, la ricerca del Capitano Grant e dei suoi compagni deve essere da qualche parte sul trentasettesimo parallelo. L'Ammiragliato britannico si rifiuta di organizzare una spedizione di salvataggio, ma Lord Glenarvan e sua moglie decidono di fare tutto il possibile per trovare il Capitano Grant. Incontrano i figli di Harry Grant: la sedicenne Mary e la dodicenne Robert. Lo yacht è attrezzato per la navigazione a lunga distanza, a cui la moglie del Signore, Helen Glenarvan, una giovane donna molto gentile e coraggiosa, e i figli del Capitano Grant, desiderano partecipare. Anche il maggiore McNabbs, un uomo di circa cinquant'anni, un parente modesto, silenzioso e di buon carattere, vicino a Glenarvan, prende parte alla spedizione; il trentenne capitano del "Duncan" John Mangles, cugino di Glenarvan, uomo di coraggio, gentile ed energico; L'assistente capitano Tom Austin, un vecchio marinaio di fiducia, e ventitre membri dell'equipaggio, tutti scozzesi, nonché il loro comandante.
25 agosto "Duncan" va in mare da Glasgow. Il giorno successivo, si scopre che c'è un altro passeggero a bordo. Risulta essere il segretario della Società geografica di Parigi, il francese Jacques Paganel. A causa della sua distrazione, il giorno prima della partenza del Duncan, dopo aver confuso le navi (poiché voleva navigare in India sul battello a vapore della Scozia), salì nella cabina e dormì esattamente trentasei ore per trasportare meglio il beccheggio, e non è salito sul ponte fino a quando secondo giorno di viaggio. Quando Paganel viene a sapere che sta navigando verso il Sud America anziché in India, prima è disperato, ma poi, imparando a conoscere lo scopo della spedizione, decide di apportare modifiche ai suoi piani e di navigare con tutti.
Dopo aver attraversato l'Oceano Atlantico e aver attraversato lo Stretto di Magellano, Duncan si ritrova nell'Oceano Pacifico e si dirige verso le coste della Patagonia, dove, secondo alcune ipotesi, la nota fu prima interpretata in quel modo, il Capitano Grant languisce in cattività tra gli indiani.
I passeggeri di Duncan - Lord Glenarvan, Major McNabbs, Paganel, Robert e tre marinai - atterrano sulla costa occidentale della Patagonia, mentre Helen Glenarvan e Mary, sotto la cura di John Mangles, rimangono su una barca a vela che dovrebbe aggirare il continente e attendere i viaggiatori sulla costa orientale, a Cape Corrientes.
Glenarvan e i suoi compagni attraversano la Patagonia, seguendo il trentasettesimo parallelo. In questo viaggio si svolgono incredibili avventure. Robert scompare durante un terremoto in Cile. Alcuni giorni di ricerche finiscono in lacrime: non riescono a trovare un bambino da nessuna parte. Quando il piccolo distaccamento, dopo aver perso ogni speranza di trovarlo, sta per partire, i viaggiatori vedono improvvisamente un condor, che nelle sue potenti zampe porta Robert e inizia a librarsi con lui nei cieli. McNabbs vuole già sparare a un uccello quando improvvisamente è davanti al tiro ben mirato di qualcun altro. Un uccello ferito, come un paracadute, sulle sue possenti ali, abbassa Robert a terra. Si scopre che questo colpo è stato sparato da un nativo di nome Talcav. Diventa la loro guida nelle pianure dell'Argentina e in seguito come vero amico.
Nelle pampas, i viaggiatori affrontano la morte per sete. Talcav, Glenarvan e Robert, i cui cavalli non sono molto stanchi, sono partiti alla ricerca di acqua e sono in testa agli altri. Di notte al fiume vengono attaccati da uno stormo di lupi rossi. Tre viaggiatori affrontano la morte imminente. Quindi Robert salta sul Tauka, il cavallo di Talcava, dai piedi veloci e, rischiando di essere fatto a pezzi dai lupi, trascina il gregge da Glenarvan e Talcava. Riesce a evitare la morte. Si unisce al gruppo di Paganel e la mattina si incontra di nuovo con Glenarvan e Talcava che ha salvato.
Poco dopo, nella pianura, la squadra dovrà sopravvivere alle alluvioni a causa della fuoriuscita dei fiumi. I viaggiatori riescono a arrampicarsi su un vasto albero di noce, che il torrente marrone non è riuscito a estrarre dal terreno. Su di esso si fermano, persino accendono un fuoco. Di notte, un uragano estrae ancora un albero e su di esso la gente riesce a nuotare per atterrare.
Paganel ha avuto l'idea che inizialmente la nota del capitano Grant era stata male interpretata e che non si trattava della Patagonia, ma dell'Australia. Convince in modo convincente gli altri sulla correttezza delle sue conclusioni e i viaggiatori decidono di tornare sulla nave per continuare a navigare verso le coste dell'Australia. Così fanno.
Esplorano, ma invano, due isole che si trovano lungo la strada: Tristan da Cunha e Amsterdam. Quindi, "Duncan" si avvicina a Capo Bernoulli, situato sulla costa australiana. Glenarvan è atterrato a terra. A pochi chilometri dalla riva c'è una certa fattoria irlandese, che accoglie i viaggiatori. Lord Glenarvan racconta all'irlandese che cosa lo ha portato in queste terre e gli chiede se ha qualche informazione sulla nave britannica a tre alberi, che si è schiantata circa due anni fa da qualche parte al largo della costa occidentale dell'Australia.
Gli irlandesi non avevano mai sentito parlare di una nave affondata, ma, con grande sorpresa di tutti i presenti, uno dei suoi operai, di nome Ayrton, intervenne nella conversazione. Dichiara che se il Capitano Grant è ancora vivo, si trova sul suolo australiano. I suoi documenti e la sua storia attestano che ha servito come nostromo in Gran Bretagna. Ayrton dice di aver perso di vista il capitano quando la nave si schiantò sulle scogliere costiere. Fino ad ora, era convinto che solo lui fosse sopravvissuto da tutta la squadra britannica. È vero, Ayrton afferma che la nave non si schiantò sulla costa occidentale ma sull'est dell'Australia, e se il Capitano Grant è ancora vivo, come indica la nota, viene tenuto prigioniero dagli indigeni da qualche parte sulla costa orientale.
Ayrton parla con accattivante sincerità. È difficile dubitare delle sue parole. Inoltre, l'irlandese, per il quale ha servito, garantisce per lui. Lord Glenarvan crede che Ayrton e, su suo consiglio, decida di attraversare l'Australia al trentasettesimo parallelo. Glenarvan, sua moglie, i figli del capitano Grant, un maggiore, geografo, capitano Mangles e diversi marinai, riuniti in un piccolo distaccamento, partirono per un viaggio guidato da Ayrton. "Duncan", dopo aver subito alcuni danni nell'edificio, si sta dirigendo verso Melbourne, dove è prevista la riparazione. Il team di yacht, guidato dall'assistente capitano Tom Austin, dovrebbe aspettarsi ordini da Glenarvan.
Le donne cavalcano un carro trainato da sei tori e gli uomini cavalcano cavalli. Durante il viaggio, i viaggiatori passano vicino alle miniere d'oro, ammirano la flora e la fauna australiane e all'inizio il viaggio si svolge in condizioni piuttosto confortevoli, in una zona popolata. Tuttavia, uno dei cavalli rompe un ferro di cavallo. Ayrton segue il fabbro e crea nuovi ferri di cavallo con un trifoglio - un segno del ranch di Black Point. Presto un piccolo distacco sta già proseguendo il suo viaggio. I viaggiatori stanno assistendo ai risultati di un crimine commesso su Camden Bridge. Tutte le auto, tranne l'ultima, si schiantarono nel fiume a causa del fatto che le rotaie non erano state posate. L'ultima macchina viene derubata, bruciata, i cadaveri mutilati sono sparsi ovunque. La polizia è propensa a credere che questo crimine sia opera di una banda di detenuti in fuga guidati da Ben Joyce.
Ayrton conduce presto un distacco nella foresta. I viaggiatori sono costretti a fermarsi indefinitamente, perché di fronte a loro c'è un fiume in tempesta, che può essere guadato solo quando torna alla normalità. Nel frattempo, a causa di una malattia incomprensibile, tutti i tori e i cavalli muoiono, tranne quello coperto da un trifoglio. Una sera, il maggiore McNabbs vede alcune persone all'ombra degli alberi. Senza dire una parola a nessuno, continua la ricognizione. Si scopre che si tratta di detenuti; si intrufola su di loro e origlia sulla loro conversazione, da cui diventa evidente che Ben Joyce e Ayrton sono una persona sola, e la sua banda si è tenuta vicino a lui per tutto il viaggio della squadra di Glenarvan, concentrandosi sulla pista del cavallo con il ferro di cavallo Black Point. Tornando dai suoi amici, il maggiore per il momento non racconta loro della sua scoperta. Ayrton persuade Lord Glenarvan a ordinare al "Duncan" di Melbourne di raggiungere la costa orientale - lì i banditi si prenderebbero facilmente possesso dello yacht. Al traditore viene quasi dato l'ordine in nome dell'assistente capitano, ma poi il maggiore lo espone e Ayrton deve fuggire. Prima di nascondersi, ferisce Glenarvan nel braccio. Dopo qualche tempo, i viaggiatori decidono di inviare un altro messaggero a Melbourne. Invece del ferito Glenarvan, Paganel scrive l'ordine. Uno dei marinai parte per un viaggio. Tuttavia, Ben Joyce ferisce gravemente il marinaio, gli prende la sua lettera e va a Melbourne stesso. La sua banda attraversa il fiume sul ponte, che si è rivelato essere vicino, e poi lo brucia in modo che Glenarvan non possa usarlo. Il distacco attende che il livello del fiume scenda, quindi costruisce una zattera e attraversa il fiume calmo sulla zattera. Dopo aver raggiunto la costa, Glenarvan si rende conto che la banda di Ben Joyce ha già preso possesso del "Duncan" e, dopo aver interrotto la squadra, è andata avanti in una direzione sconosciuta. Tutti giungono alla conclusione che è necessario interrompere la ricerca, perché non c'è più nulla da fare e tornare in Europa. Tuttavia, si scopre che la nave in partenza per l'Europa potrebbe dover aspettare molto tempo. Quindi i viaggiatori decidono di nuotare fino ad Auckland, che si trova in Nuova Zelanda: da lì i voli per l'Europa sono regolari. Nella fragile piccola nave con il capitano e i marinai per sempre ubriachi, sopravvissuta alla tempesta durante la quale la nave è bloccata, Glenarvan con gli amici raggiunge comunque le coste della Nuova Zelanda.
Lì vengono catturati dai nativi-cannibali che li uccideranno. Tuttavia, grazie all'intraprendenza di Robert, riescono a fuggire dalla prigionia. Dopo alcuni giorni di viaggio, raggiungono la costa orientale della Nuova Zelanda e vedono una torta vicino alla costa, e poco più avanti - un gruppo di nativi. I viaggiatori siedono nella torta, ma gli indigeni di diverse barche li inseguono. Viaggiatori nella disperazione. Dopo quello che hanno dovuto sopravvivere in cattività, preferiscono morire, ma non mollare. Improvvisamente, in lontananza, Glenarvan vede il Duncan con il suo equipaggio a bordo, il che lo aiuta a staccarsi dai suoi inseguitori. I viaggiatori si chiedono perché il Duncan sia al largo della costa orientale della Nuova Zelanda. Tom Austin mostra un ordine scritto dalla mano di un Paganel sparso che, invece di scrivere "Australia", scrisse "Nuova Zelanda". A causa dell'errore di Paganel, i piani di Ayrton sono crollati. Decise di ribellarsi. Era rinchiuso. Ora Ayrton, contro la sua volontà, sta navigando sul Duncan insieme a coloro che voleva ingannare.
Glenarvan sta cercando di convincere Ayrton a fornire informazioni vere sulla morte della Gran Bretagna. I ripetuti motivi e la perseveranza di Lady Glenarvan fanno il loro lavoro. Ayrton accetta di raccontare tutto quello che sa, e in cambio chiede di essere lasciato su un'isola disabitata nell'Oceano Pacifico. Glenarvan accetta la sua offerta. Si scopre che Ayrton ha lasciato la "Gran Bretagna" prima dell'incidente. Fu atterrato da Harry Grant in Australia per aver tentato di ribellarsi. La storia di Ayrton non fa luce sul luogo in cui si trova il Capitano Grant. Tuttavia, Glenarvan mantiene la sua parola. Il "Duncan" galleggia sempre di più, l'isola di Tabor appare in lontananza. Su di esso, e decise di lasciare Ayrton. Tuttavia, su questo pezzo di terra, che giace sul trentasettesimo parallelo, accade un miracolo: si scopre che fu qui che il Capitano Grant e due dei suoi marinai trovarono rifugio. Invece, Ayrton rimane sull'isola per potersi pentire e espiare i suoi crimini. Glenarvan promette che un giorno tornerà.
E Duncan sta tornando in sicurezza in Scozia. Mary Grant si fidanzò presto con John Mangles, con il quale un tenero sentimento la collegò durante il loro viaggio insieme. Paganel sposa il cugino del maggiore. Robert, come suo padre, diventa un marinaio coraggioso.
