1914년, 지도 제작자이자 언어학자인 마일로 싸치는 스미스노시아 협회의 위원들에게 아틀란티스가 어디에 있는지 안다고 주장한다. 작고한 그의 할아버지 태디우스 싸치가 신비로운 “목동의 일지” 즉, 잃어버린 제국을 찾을 수 있는 열쇠를 제공해 줄 고대의 두루마리 책에 관하여 얘기를 들려준 적이 있기 때문이다. 할아버지가 당했던 것처럼 미치광이 취급을 받던 싸치에게 자신의 주장을 증명해 보일 기회가 찾아온다.
괴짜 억만장자 프레스톤 B. 휘트모어가 자신의 저택에 싸치를 초대하여 얘기로만 들었던 “목동의 일지”를 보여 주는 것이 아닌가! 휘트모어는 싸치에게 모든 비용을 제공할 테니 탐험대를 아틀란티스까지 안내해 달라고 부탁한다. 탐험대의 대장은 루크 함장이며 지질학자, 폭파 전문가, 기계 전문가, 의학 전문가가 동행한다.
최첨단 잠수함 “율리시즈” 호를 타고 떠난 탐험대는 아틀란티스로 진입하는 입구에서 갑각류 모양의 거대한 위용을 가진 괴물인 “리바이어던”의 공격을 받아 간신히 탈출하고, 잠수함은 산산 조각이 나서 가라앉는다. “목동의 일지”에 기록된 내용을 따라 땅 밑 지하 세계로 들어간 대원들은 무수한 위험과 역경을 치른 끝에 기적적으로 아틀란티스에 도착하여, 키다 공주를 만나게 되고 아틀란티스 제국에 사람들이 살고 있음을 발견한다.
크리스탈의 에너지가 아틀란티스 사람들이 수세기 동안 멸망하지 않고 살아갈 수 있는 신비로운 힘과 전기와 동력 그리고 질병 치료의 힘까지 제공했던 것이다. 호기심 많은 키다 공주는 탐험 대원을 이끌고 아틀란티스의 왕에게 안내한다. 그러자 아틀란티스의 왕은 대원들에게 당장 떠나라고 명령한다. 루크는 돌아갈 때 필요한 식량을 보급 받을 동안만 머물 시간을 허락해 달라고 협상한다.
