Washington, 1914. Il giovane Milo James, esperto linguista e cartografo, cerca di convincere i consiglieri del Museo dove lavora che lui è in grado di svelare il mistero sulla fine di Atlantide. Suo nonno Taddeus gli ha raccontato di un manoscritto, un antico libro in grado di fornire la chiave per il ritrovamento. Respinto come pazzo dai consiglieri, Milo viene convocato a casa dell'anziano miliardario e filantropo Preston B. Whitmore. Questi gli mostra il manoscritto e aggiunge che ha intenzione di finanziare la spedizione per la ricerca di Atlantide. Nella squadra ci sono esperti in geologia, demolizioni, meccanica e medicina sotto la guida del comandante Rourke. Imbarcatosi sul sottomarino Ulisse, il gruppo si scontra con una mostruosa creatura meccanica chiamata Leviatano, subisce perdite, si mette in salvo, segue le indicazioni del manoscritto e passando per una via sotterranea arriva nell'impero perduto di Atlantide. La città è abitata: l'energia di un cristallo ha tenuto la popolazione in vita per secoli al centro della Terra, fornendo luce, longevità e cure. La principessa Kida conduce gli esploratori dal padre, il Re, il quale però intima loro di andare via. Il comandante Rourke riesce a strappare il permesso di rimanere una notte per riposare e rifocillarsi. Kida fa visitare a Milo la città ed insieme scoprono che i cristalli, nascosti nelle profondità di Atlatide, sono ancora vivi. Informatone Rourke, Milo apprende che il comandante ha sempre saputo del potere dei cristalli ed ha pronto un piano per venderli a casa al miglior offerente. A poco a poco però i componenti della squadra rifiutano di prestarsi al gioco e passano dalla parte di Milo. Rourke rapisce Kida, ruba i cristalli e si dirige verso la superficie. Milo allora trova il modo di usare il cristallo per risvegliare un'armata di veicoli volanti a forma di pesce. L'apparecchio di Rourke esplode in volo, Kida dopo un po' rinviene e Milo l'abbraccia. Gli altri della squadra si preparano al ritorno. Milo ha deciso di rimanere in Atlantide con Kida.