El aristócrata escocés Lord Edward Glenarvan descubre, durante un viaje de recreo en la costa escocesa, en el estómago de un tiburón martillo un mensaje dentro de una botella lanzada por Harry Grant, capitán del bergantín Britannia, que ha naufragado dos años antes (1862) junto con dos miembros de la tripulación.
A petición de Roberto y María, los hijos del capitán, decide lanzar una expedición de rescate, cuya principal dificultad consiste en que los datos del mensaje lanzado por los náufragos son ilegibles, excepto la latitud: 37º S.

Lord Glenarvan, junto con su esposa, Lady Helena, los hijos del capitán y la tripulación de su yate, el Duncan, parten para Sudamérica, puesto que el mensaje incompleto sugiere la Patagonia como sitio del desastre.
En mitad de la travesía, descubren a un inesperado pasajero: el geógrafo francés Jacques Paganel, que ha subido a bordo por equivocación y que decide unirse a la expedición, abandonando el viaje que tenía pensado realizar debido a su profesión.

La expedición circunnavega el paralelo 37º sur, atraviesa Sudamérica explorando la Patagonia y gran parte de la Región Pampeana y, posteriormente, las islas Tristán de Acuña, Ámsterdam, Australia y Nueva Zelanda, con resultados negativos.

Al llegar a Australia, debido a una nueva interpretación del mensaje sugerida por el geógrafo Paganel, los expedicionarios encuentran por casualidad a un miembro de la tripulación del Britannia llamado Ayrton, quien les propone llevarlos al lugar del naufragio.