Seul en mer à bord de son voilier, un couple met le pilotage automatique pour passer un moment en amoureux. Ce n'est qu'au milieu de la nuit qu'ils se rendent compte que le bateau prend l'eau. Avant d'embarquer dans leur canot de sauvetage, ils ont le temps de lancer un signal de détresse. Assoupis dans leur canot, ils sont réveillés par une violente secousse, puis assaillis par une forte odeur d'ammoniac avant d'être brutalement happés dans l'eau...

Le professeur Challenger veut prouver l'impossible, l'existence d'un monde préhistorique. Il amène avec lui Margueritte Krux, Ned Malone un reporter qui cherche un gros article, Lord John Roxton un chasseur professionnel et le professeur Summerlee un grand botaniste. Mais au cours de l'expédition il y a un accident avec leur mongolfière et ils se retrouvent coincés dans ce monde perdu. Puis ils rencontrent Veronica, une jeune femme qui vit sur le plateau depuis qu'elle a 9 ans...elle recherche toujours ses parents et a réussi à survivre jusque-là!