Un savant et explorateur, le Docteur Samuel Fergusson, accompagné de son serviteur Joe et son ami chasseur professionnel Richard "Dick" Kennedy, décident de survoler l'Afrique orientale, de Zanzibar aux sources du Nil - région alors non complètement explorée - à bord d'un ballon gonflé à l'hydrogène, le "Victoria". Il a inventé un mécanisme qui, en éliminant la nécessité de libérer du gaz ou de jeter du lest pour contrôler son altitude, permet d'effectuer de très longs trajets en toute autonomie. Ce voyage est destiné à relier les régions explorées par Richard Burton et John Hanning Speke en Afrique de l'Est avec celles de Heinrich Barth dans les régions du Sahara et du lac Tchad.
Le voyage commence à Zanzibar sur la côte de l'Océan Indien et, survolant le lac Victoria, le lac Tchad, Agadez, Tombouctou, Djenné et Ségou, aboutit à Saint-Louis, colonie française appartenant aujourd'hui au Sénégal, sur la côte de l'Océan Atlantique.
Le livre décrit les multiples et dangereuses aventures que vont vivre les trois hommes.