Die Nautilus wird von Verne als „ein Meisterwerk mit Meisterwerken“ beschrieben. Sie wird von Kapitän Nemo entworfen und kommandiert. Die Elektrizität, die von Natrium-Quecksilber-Batterien geliefert wird (wobei das Natrium durch Extraktion aus dem Meerwasser gewonnen wird), ist die primäre Energiequelle des Schiffes für den Antrieb und andere Dienste. Die Energie, die zur Gewinnung des Natriums benötigt wird, stammt aus Kohle, die vom Meeresboden abgebaut wird.
Die Nautilus hat einen Doppelrumpf und ist darüber hinaus in wasserdichte Abteilungen unterteilt. Die Höchstgeschwindigkeit liegt bei 43 Knoten (50 mph). In Kapitän Nemos eigenen Worten:
Hier, Professor Aronnax, sind die verschiedenen Dimensionen dieses Bootes, das Sie jetzt transportiert. Es ist ein sehr langer Zylinder mit konischen Enden. Er hat auffallend die Form einer Zigarre, eine Form, die in London bereits für mehrere Projekte der gleichen Art verwendet wurde. Die Länge dieses Zylinders von Ende zu Ende beträgt genau siebzig Meter, und seine maximale Breite beträgt acht Meter. Er ist also nicht ganz auf das Zehn-zu-Eins-Verhältnis Ihrer Schnelldampfer gebaut; aber seine Linien sind lang genug und ihre Verjüngung allmählich genug, so dass das verdrängte Wasser leicht vorbeigleitet und kein Hindernis für die Bewegungen des Schiffes darstellt. Aus diesen beiden Maßen können Sie durch eine einfache Berechnung die Oberfläche und das Volumen der Nautilus ermitteln. Ihre Oberfläche beträgt 1.011,45 Quadratmeter, ihr Volumen 1.507,2 Kubikmeter – was gleichbedeutend damit ist, dass sie, wenn sie vollständig untergetaucht ist, 1.500 Kubikmeter Wasser verdrängt oder 1.500 Tonnen wiegt.
Die Nautilus verwendet flutbare Tanks, um den Auftrieb zu regulieren und so ihre Tiefe zu steuern. Die Pumpen, die diese Tanks von Wasser befreien, sind so leistungsstark, dass sie große Wasserstrahlen erzeugen, wenn das Schiff schnell aus der Wasseroberfläche auftaucht. Dies veranlasst viele frühe Beobachter der Nautilus zu der Annahme, dass es sich bei dem Schiff um eine Art Meeressäugetier oder vielleicht um ein Meeresungeheuer handelt, das der Wissenschaft noch nicht bekannt ist. Um in kurzer Zeit tief abzutauchen, verwendet die Nautilus eine Technik namens „Hydroplaning“, bei der das Schiff in einem steilen Winkel abtaucht.
Die Nautilus unterstützt eine Mannschaft, die Nahrung aus dem Meer sammelt. Nautilus verfügt über eine Kombüse zur Zubereitung dieser Lebensmittel, zu der auch eine Maschine gehört, die durch Destillation aus Meerwasser Trinkwasser herstellt. Nautilus ist nicht in der Lage, seine Luftzufuhr aufzufrischen, daher hat Kapitän Nemo es so konstruiert, dass es dies durch Auftauchen und Austausch von verbrauchter Luft gegen frische tut, ähnlich wie ein Wal. Die Nautilus ist in der Lage, längere Reisen ohne Auftanken oder anderweitiges Auffüllen der Vorräte zu unternehmen. Ihre maximale Tauchzeit beträgt etwa fünf Tage.
Ein Großteil des Schiffes ist mit einem Luxus ausgestattet, der für ein Seeschiff dieser Zeit beispiellos ist. Dazu gehört eine Bibliothek mit etwa zwölftausend Büchern und kistenweise Sammlungen wertvoller ozeanischer Exemplare. Die Bibliothek ist auch mit teuren Gemälden und anderen Kunstwerken gefüllt. Außerdem verfügt die Nautilus über einen üppigen Speisesaal und sogar eine Orgel, mit der sich Kapitän Nemo abends selbst unterhält. Nemos persönliches Quartier ist im Vergleich dazu sehr spärlich eingerichtet, verfügt aber über Duplikate der Brückeninstrumente, so dass der Kapitän das Schiff im Auge behalten kann, ohne auf der Brücke anwesend zu sein. Diese Annehmlichkeiten stehen jedoch nur Nemo, Professor Aronnax und seinen Begleitern zur Verfügung.
Aufgrund ihrer Angriffe auf Schiffe, bei denen sie einen Ramm-Bug benutzt, um Zielschiffe unterhalb der Wasserlinie zu durchbohren, hält die Welt sie für ein Seeungeheuer, identifiziert sie aber später als ein Unterwasserschiff, das zu großer Zerstörungskraft fähig ist, nachdem Abraham Lincoln angegriffen wird und Ned Land die metallische Oberfläche der Nautilus mit seiner Harpune trifft.
Die Teile werden auf Bestellung von Firmen wie Creusot und Cail & Co. in Frankreich, Pen & Co. und Laird’s in England, Scott’s in Schottland, Krupp in Preußen, den Motala-Werkstätten in Schweden und Hart Bros. in den Vereinigten Staaten gebaut. Dann werden sie von Nemos Männern auf einer einsamen Insel zusammengebaut. Auf diese Insel kehrt die Nautilus zurück, auf der Nemo später in dem Roman Die geheimnisvolle Insel den Schiffbrüchigen hilft. Nachdem Nemo an Bord stirbt, bricht die Vulkaninsel aus und begräbt den Kapitän und die Nautilus für die Ewigkeit.