Vingt Mille Lieues sous les mers, publié en 1869-1870 dans le Magazine d'éducation et de récréation, est le roman de Verne qui a le mieux résisté au temps parce qu'il est le moins daté dans ses hypothèses scientifiques. Le professeur Aronnax, naturaliste du Muséum de Paris, est capturé avec son domestique Conseil et le harponneur Ned Land par le Nautilus, sous-marin commandé par le capitaine Nemo. Nemo — dont le nom signifie personne — est un homme sans identité nationale déclarée, qui a renoncé à la surface du monde pour vivre dans les profondeurs marines, mais qui n'a pas renoncé à sa haine pour certains États.
Le personnage de Nemo est la création la plus complexe de Verne, précisément parce qu'il reste partiellement opaque. On sait qu'il hait certains États au point de couler leurs navires militaires, mais on ne sait pas pourquoi avant la suite du roman L'Île mystérieuse. Dans Vingt Mille Lieues, Nemo est un personnage byronien — le génie solitaire blessé par la société et réfugié dans un espace inaccessible — transposé dans un contexte de science appliquée. Le Nautilus est à la fois une prison et une bibliothèque, une machine de guerre et un laboratoire : l'ambivalence de la technique est au cœur du roman.
Vingt Mille Lieues sous les mers est le roman où Verne est le plus proche d'une réflexion sur la responsabilité scientifique. Nemo possède une technologie qui dépasse son époque et l'utilise selon ses propres critères moraux, hors de tout contrôle institutionnel. La question de savoir si le génie technologique crée ses propres droits ou si au contraire la puissance technique accroît la responsabilité — question que Verne pose sans la résoudre — est restée au centre des débats sur la science et la politique depuis lors.