De groep daalt dieper en dieper af en reist daarbij ook zuidwaarts, weg van IJsland. Ze zien allerlei rotsformaties, fossielen en mineralen. Op een diepte van ca. 150 km bereikt het gezelschap een onderaardse zee, die de Lidenbrockzee wordt genoemd. De enorme grot wordt verlicht door een elektrisch verschijnsel en er komen zelfs weerverschijnselen voor.

Op een geïmproviseerd vlot vertrekken ze van Gräuben-haven (vernoemd naar Axels geliefde) via het vulkanische eilandje Axel naar Kaap Saknussemm aan de zuidkust van deze enorme zee.. De oversteek duurt vele dagen en de reizigers ontdekken prehistorische dieren en wonen zelfs een gevecht bij tussen een plesiosaurus en een pliosaurus. Ook raken ze in een storm verzeild. Bij Kaap Saknussemm blijken zelfs prehistorische bossen, dinosaurussen en een prehistorische mens te leven.

Al snel blijkt de weg door een rotsformatie te zijn geblokkeerd. Axel en de professor trachten het blok met schietkatoen op te blazen, maar de ontploffing heeft een onvoorzien neveneffect. De zee met het vlot met daarop Axel, de professor en Hans wordt in een donker gat gezogen.

De stroom leidt uiteindelijk weer omhoog, naar de kraterpijp van een vulkaan. Het water verdampt meer en meer en een soort lavadeeg blijft achter. Uiteindelijk verliezen ze hun bewustzijn, komen met hun vlot en al door de krater naar buiten en komen aan de voet van de vulkaankegel weer bij.

Ze blijken op het Italiaanse eiland Stromboli te zijn.