«Наутилус» появляется на первых же страницах романа и почти сразу же показывает свои невероятные ходовые качества, обгоняя все существующие пароходы. Поначалу все считают, что это животное: его принимают то за гигантское китообразное (нарвала), то за гигантского кальмара. Вскоре по воле случая на его борт попадают трое пассажиров — профессор Ароннакс, его слуга Консель и гарпунёр Нед Ленд. Они же и узнают название корабля, а «Наутилус» довольно скоро показывает им свои возможности.

Так благодаря ему герои смогли увидеть жизнь морских глубин.

Морские глубины были великолепно освещены в радиусе одной мили от «Наутилуса». Дивное зрелище! Какое перо достойно его описать! Какая кисть способна изобразить всю нежность красочной гаммы, игру световых лучей в прозрачных морских водах, начиная от самых глубинных слоев до поверхности океана!

Впоследствии автор не раз описывает своё восхищение обитателями глубин в их естественной среде. В Саргассовом море «Наутилус» совершает погружение на глубину 16 километров, без каких-либо повреждений.

«Наутилус» скользил в бездонные глубины, несмотря на огромное давление внешней среды. Я чувствовал, как скрипят скрепы железной обшивки судна, как изгибаются распоры, как дрожат переборки, как стекла в окнах салона, казалось, прогибаются внутрь под давлением воды. Если бы наше судно не обладало сопротивляемостью стали, как говорил его командир, его бы, конечно, расплющило!

После герои на «Наутилусе» совершают поход подо льдами к южному полюсу, на месте которого находится небольшой остров, и Немо водружает на полюсе свой флаг.

Я, капитан Немо, 21 марта 1868 г. дошел до Южного полюса, под 90-м градусом южной широты, и вступил во владение этой частью земного шара, равной одной шестой всех известных материков.

«Наутилус» помог своему капитану сделать много открытий, именно благодаря ему Немо открыл тоннель под Суэцким перешейком, раскрыл тайну гибели Лаперуза, смог исследовать ряд подводных пещер и нашёл Атлантиду.

В то же время «Наутилус» показывает себя как боевой корабль. Уже в начале романа упоминается его случайное столкновение с пассажирским судном, когда таран пробил пятисантиметровую сталь с такой лёгкостью, что на судне это почувствовали лишь как лёгкий толчок. После этого случая газеты начинают обвинять «гигантского нарвала» (за которого поначалу принимали «Наутилус») в гибели каждого исчезнувшего судна. Но только со второй половины романа Ароннакс со своими спутниками смогли воочию убедиться в боевых возможностях корабля. Первое же, из описываемых в романе, боевое применение «Наутилуса» весьма необычно: Немо использует его для уничтожения стаи кашалотов.

Ну, и была же битва! Даже Нед Ленд пришёл в восторг и хлопал в ладоши. «Наутилус» в руках капитана превратился в грозный гарпун. Он врубался в эти мясистые туши и рассекал их пополам, оставляя за собой два окровавленных куска мяса. Страшные удары хвостом по его обшивке были ему не чувствительны. Толчки мощных туш — ему нипочем! Уничтожив одного кашалота, он устремлялся к другому, поворачивался с галса на галс, чтобы не упустить жертвы, давал то передний, то задний ход, погружался, покорный воле штурмана, в глубины, когда животное уходило под воду, всплывал вслед за ним на поверхность океана, шёл в лобовую атаку или наносил удар с фланга, нападал с фронта, с тыла, рубил, резал своим страшным бивнем!

Какая шла резня! Какой шум стоял над океанскими водами! Какой пронзительный свист, какое предсмертное хрипение вырывалось из глоток обезумевших животных! Взбаламученные ударами могучих хвостов, спокойные океанские воды бурлили, как в котле!

Целый час шло это гомерическое побоище, где большеголовым не было пощады. Несколько раз, объединившись в отряды из десяти — двенадцати особей, кашалоты переходили в наступление, пытаясь раздавить судно своими тушами. Разверстые зубастые пасти, страшные глаза животных, метавшихся по ту сторону окон, приводили Неда Ленда в ярость. Он осыпал большеголовых проклятиями, грозил им кулаком. Кашалоты впивались зубами в железную обшивку подводного корабля, как собаки впиваются в горло затравленного кабана. Но «Наутилус», волею кормчего, то увлекал их за собою в глубины, то извлекал на поверхность вод, невзирая на огромную тяжесть и могучие тиски животных.

Также «Наутилус» показывает себя как «оружие возмездия», и если в одной из глав лишь намекается на его сражение с фрегатом (при этом оказывается смертельно ранен один из матросов), то ближе к концу романа подробно описывается, как он топит атакующий его военный корабль.

Между тем скорость движения «Наутилуса» заметно возросла. Так он делал разбег. Весь его корпус содрогался. И вдруг я вскрикнул: «Наутилус» нанес удар, но не такой сильный, как можно было ждать. Я ощутил пронизывающее движение стального бивня. Я слышал лязг и скрежет. «Наутилус» благодаря могучей силе своего стремления вперед прошел сквозь корпус корабля так же легко, как иголка парусного мастера сквозь парусину.

В конце романа, в процессе побега пассажиров, «Наутилус» попадает в огромный водоворот — мальстрим, но, как позже выясняется в романе «Таинственный остров», сумел выбраться и из него.