Nautilus wordt door Verne beschreven als “een meesterwerk dat meesterwerken bevat”. Hij is ontworpen en wordt bestuurd door kapitein Nemo. Elektriciteit uit natrium/kwik-batterijen (waarbij het natrium wordt gewonnen uit zeewater) is de belangrijkste energiebron voor de voortstuwing en andere diensten van het vaartuig. De energie die nodig is om het natrium te winnen, wordt geleverd door steenkool die uit de zeebodem wordt gewonnen.
Nautilus is dubbelwandig, en is verder gescheiden in waterdichte compartimenten. Zijn topsnelheid is 43 knopen (50 mph). In kapitein Nemo’s eigen woorden:
Hier, professor Aronnax, ziet u de verschillende afmetingen van de boot die u nu vervoert. Het is een zeer lange cilinder met conische uiteinden. Hij heeft merkbaar de vorm van een sigaar, een vorm die in Londen reeds voor verschillende soortgelijke projecten werd aangenomen. De lengte van deze cilinder van eind tot eind is precies zeventig meter, en de maximale breedte van de balk is acht meter. Het is dus niet helemaal gebouwd op de tien-op-één verhouding van uw hogesnelheidsstomers; maar de lijnen zijn voldoende lang, en hun taps toelopend geleidelijk genoeg, zodat het verplaatste water er gemakkelijk langs glijdt en geen belemmering vormt voor de bewegingen van het schip. Aan de hand van deze twee afmetingen kunt u met een eenvoudige berekening de oppervlakte en het volume van de Nautilus bepalen. De totale oppervlakte bedraagt 1.011,45 vierkante meter, het volume 1.507,2 kubieke meter – wat erop neerkomt dat wanneer het schip volledig onder water is, het 1.500 kubieke meter water verplaatst, oftewel 1.500 ton weegt.
De Nautilus maakt gebruik van overstroombare tanks om het drijfvermogen aan te passen en zo de diepte te regelen. De pompen die deze tanks van water ontdoen zijn zo krachtig dat zij grote waterstralen produceren wanneer het vaartuig snel uit het wateroppervlak opduikt. Dit brengt veel vroege waarnemers van de Nautilus ertoe te geloven dat het vaartuig een soort zeezoogdier is, of misschien een zeemonster dat de wetenschap nog niet kent. Om in korte tijd diep onder water te komen, gebruikt de Nautilus een techniek die “hydroplaning” wordt genoemd, waarbij het vaartuig onder een steile hoek naar beneden duikt.
Nautilus heeft een bemanning die voedsel uit zee verzamelt. Nautilus heeft een kombuis voor het bereiden van dit voedsel, met onder andere een machine die drinkwater maakt uit zeewater door middel van distillatie. Nautilus kan zijn luchtvoorraad niet verversen, dus heeft kapitein Nemo hem ontworpen om dit te doen door aan de oppervlakte te komen en muffe lucht te verversen voor verse, net als een walvis. De Nautilus kan lange reizen maken zonder bij te tanken of op een andere manier voorraden aan te vullen. De maximale duiktijd is ongeveer vijf dagen.
Veel van het schip is ingericht volgens luxenormen die ongeëvenaard zijn in een zeeschip uit die tijd. Zo is er een bibliotheek met zo’n twaalfduizend boeken, met in dozen verpakte verzamelingen van waardevolle oceanische specimens. De bibliotheek is ook gevuld met dure schilderijen en andere kunstwerken. De Nautilus heeft ook een weelderige eetzaal en zelfs een orgel dat kapitein Nemo ’s avonds gebruikt om zichzelf te vermaken. Nemo’s persoonlijke vertrekken zijn zeer karig ingericht, maar beschikken wel over kopieën van de instrumenten op de brug, zodat de kapitein het schip kan volgen zonder op de brug aanwezig te zijn. Deze voorzieningen zijn echter alleen beschikbaar voor Nemo, professor Aronnax en zijn metgezellen.
Vanaf haar aanvallen op schepen, waarbij ze een rammende voorsteven gebruikt om doelschepen onder de waterlijn te doorboren, denkt de wereld dat het een zeemonster is, maar later identificeert de wereld haar als een onderwatervaartuig dat in staat is tot grote vernietigende kracht, nadat Abraham Lincoln is aangevallen en Ned Land het metalen oppervlak van de Nautilus met zijn harpoen raakt.
Zijn onderdelen worden op bestelling gebouwd door bedrijven als Creusot en Cail & Co. in Frankrijk, Pen & Co. en Laird’s in Engeland, Scott’s in Schotland, Krupp in Pruisen, de Motala werkplaatsen in Zweden, en Hart Bros. in de Verenigde Staten. Daarna worden ze door Nemo’s mannen op een onbewoond eiland in elkaar gezet. Nautilus keert terug naar dit eiland, waar Nemo later schipbreukelingen helpt in de roman The Mysterious Island. Nadat Nemo aan boord is gestorven, barst het vulkanische eiland uit, waardoor de kapitein en Nautilus voor eeuwig worden begraven.