El Nautilus es descrito por Verne como «una obra maestra que contiene obras maestras». Está diseñado y comandado por el capitán Nemo. La electricidad proporcionada por las baterías de sodio/mercurio (con el sodio proporcionado por la extracción del agua de mar) es la principal fuente de energía de la nave para la propulsión y otros servicios. La energía necesaria para extraer el sodio se obtiene del carbón extraído del fondo marino.
El Nautilus tiene doble casco y está separado en compartimentos estancos. Su velocidad máxima es de 43 nudos (50 mph). En palabras del propio capitán Nemo:
Aquí tiene, profesor Aronnax, las diferentes dimensiones de este barco que ahora le transporta. Es un cilindro muy largo con extremos cónicos. Adopta notablemente la forma de un cigarro, una forma ya adoptada en Londres para varios proyectos del mismo tipo. La longitud de este cilindro de extremo a extremo es exactamente de setenta metros, y su anchura máxima de viga es de ocho metros. Así que no está construido en la proporción de diez a uno de sus vapores de alta velocidad; pero sus líneas son lo suficientemente largas, y su estrechamiento lo suficientemente gradual, para que el agua desplazada se deslice fácilmente y no suponga ningún obstáculo para los movimientos del barco. Estas dos dimensiones permiten obtener, mediante un sencillo cálculo, la superficie y el volumen del Nautilus. Su superficie es de 1.011,45 metros cuadrados y su volumen de 1.507,2 metros cúbicos, lo que equivale a decir que, cuando está completamente sumergido, desplaza 1.500 metros cúbicos de agua o pesa 1.500 toneladas métricas.
El Nautilus utiliza tanques inundables para ajustar la flotabilidad y controlar así su profundidad. Las bombas que evacuan estos depósitos de agua son tan potentes que producen grandes chorros de agua cuando el buque emerge rápidamente de la superficie del agua. Esto lleva a muchos de los primeros observadores del Nautilus a creer que la embarcación es alguna especie de mamífero marino, o quizás un monstruo marino aún no conocido por la ciencia. Para sumergirse profundamente en poco tiempo, el Nautilus utiliza una técnica llamada «hidroplaneo», en la que la nave se sumerge en un ángulo pronunciado.
El Nautilus mantiene una tripulación que recoge alimentos del mar. El Nautilus cuenta con una cocina para preparar estos alimentos, que incluye una máquina que fabrica agua potable a partir del agua de mar mediante destilación. El Nautilus no puede refrescar su suministro de aire, por lo que el Capitán Nemo lo diseñó para que lo hiciera saliendo a la superficie e intercambiando el aire viciado por el fresco, de forma similar a una ballena. El Nautilus es capaz de realizar largas travesías sin repostar ni reponer suministros. Su tiempo máximo de inmersión es de unos cinco días.
Mucha de la nave está decorada con unos niveles de lujo inigualables en un buque marítimo de la época. Entre ellos se encuentra una biblioteca que contiene unos doce mil libros, con colecciones en cajas de valiosos especímenes oceánicos. La biblioteca también está repleta de costosas pinturas y otras obras de arte. El Nautilus también cuenta con un lujoso comedor e incluso un órgano que el capitán Nemo utiliza para entretenerse por la noche. En comparación, los aposentos personales de Nemo están muy escasamente amueblados, pero cuentan con duplicados de los instrumentos del puente, para que el capitán pueda controlar la nave sin estar presente en el puente. Estas comodidades, sin embargo, sólo están disponibles para Nemo, el profesor Aronnax y sus compañeros.
Desde sus ataques a los barcos, utilizando una proa de embestida para perforar los buques objetivo por debajo de la línea de flotación, el mundo piensa que es un monstruo marino, pero más tarde lo identifica como una nave submarina capaz de un gran poder destructivo, después de que Abraham Lincoln sea atacado y Ned Land golpee la superficie metálica del Nautilus con su arpón.
Sus piezas son construidas por encargo por empresas como Creusot y Cail & Co. en Francia, Pen & Co. y Laird’s en Inglaterra, Scott’s en Escocia, Krupp en Prusia, los talleres Motala en Suecia y Hart Bros. en Estados Unidos. Luego son ensamblados por los hombres de Nemo en una isla desierta. El Nautilus volvió a esta isla, donde Nemo ayudó más tarde a los náufragos en la novela La isla misteriosa. Después de que Nemo muera a bordo, la isla volcánica entra en erupción, sepultando al capitán y al Nautilus para la eternidad.