特雷弗（布兰登·费舍 Brendan Fraser 饰）是一名大学地质教授，却始终坚持与传统观点相悖的理论。在他看来，凡尔纳的小说并非虚构，而是对真实世界的记录。这个观点让他成了学院里的笑柄，学术声誉也因此大受打击，但特雷弗从未动摇，依旧相信自己的判断。
为了寻找能够证明理论的证据，特雷弗带着侄子肖恩（乔什·哈切森 Josh Hutcherson 饰）前往冰岛，并请当地向导汉娜（安妮塔·布瑞姆 Anita Briem 饰）同行。旅途中，三人偶然发现了一处神秘洞穴，探索时却因踩破薄冰，一同坠入深不见底的裂隙。等他们醒来后，竟置身于一个隐藏在地底的奇异世界：这里生活着各种从未见过的生物，眼前景象也与凡尔纳小说中的描述完全一致。
梦寐以求的证据终于出现，可要将这些发现带回地面却并不容易。面对未知的地底世界，特雷弗、肖恩和汉娜只能踏上寻找出口的冒险旅程。
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