Ed Malone, un reporter la Daily Gazette, se duce la şeful său, McArdle, pentru a primi o misiune periculoasă, cu scopul de a o impresiona pe Gladys Hungerton, pe care o iubea. El este trimis să îi ia un interviu profesorului George Edward Challenger, care a bătut recent alţi patru sau cinci jurnalişti ce doreau să afle dacă alegaţiile acestuia privind călătoria în America de Sud sunt adevărate. Challenger are aceeaşi atitudine puţin primitoare şi faţă de Malone, dar mai apoi, după ce s-a convins de buna lui credinţă, i-a dezvăluit descoperirea dinozaurilor. În cele din urmă îl invită într-o călătorie în care să îşi dovedească povestirea, împreună cu profesorul Summerlee, alt om de ştiinţă în măsură să examineze orice dovadă, şi Lordul John Roxton, un gentleman animat de o nestăvilită sete de cunoaştere. Lord Roxton cunoaşte Amazonia din călătorii anterioare. Expediţia ajunge la platou cu ajutorul unor ghizi indieni, care manifestă o teamă superstiţioasă faţă de întreaga regiune. Unul din aceştia, Gomez, este fratele unui bărbat pe care Lordul John l-a omorât ultima dată când a fost în America de Sud. Când expediţia reuşeşte să se urce pe platou, Gomez le distruge podul, blocându-le orice posibilitate de întoarcere. Negrul Zambo rămâne în tabără, dar nu reuşeşte să îi împiedice pe indieni să plece.
Decişi să investigheze neobişnuita lume în care se găsesc, membrii expediţiei sunt atacaţi de pterodactili într-o mlaştină, în timp ce Lord Roxton găseşte un fel de argilă albastră care îi stârneşte un mare interes. După explorarea terenului şi trecerea prin câteva aventuri în cursul cărora exploratorii evită să fie omorâţi de dinozauri, Challenger, Summerlee şi Roxton sunt capturaţi de o rasă de oameni-maimuţă. În satul acestor creaturi află că pe cealaltă parte a platoului se află de asemenea o rasă de oameni cu care oamenii-maimuţă sunt în permanent război. Roxton reuşeşte să scape, şi împreună cu Malone formează o echipă de salvare. Ajung chiar la timp să împiedice execuţia celor doi profesori şi a altor persoane, care îi duc la tribul oamenilor. Cu ajutorul lor, îi înfrâng pe oamenii-maimuţă, preluând controlul asupra întregului platou.
După ce au văzut puterea armelor de foc, tribul oamenilor nu vrea să lase expediţia să plece, dar ei găsesc în final un tunel care duce afară, unde îl întâlnesc pe Zambo şi o uriaşă echipă de salvare. La întoarcerea în Anglia, exploratorii îşi prezintă raportul. Mulţi îl resping, cum au făcut şi cu varianta iniţială a lui Challenger. Prevăzând aceasta reacţie, Challenger aduce ca dovadă un pterodactil viu, care apoi scapă şi zboară către ocean. Când toţi patru cinează, Roxton le arată de ce era atât de interesat de argila albastră. Aceasta conţinea diamante, şi cele câteva pe care Lord Roxton le-a cules sunt estimate la aproximativ 200.000 de lire sterline; în mod loial, Lord Roxton acceptă ca suma să fie împărţită între ei. Challenger îşi deschide un muzeu privat, Sumerlee se retrage să clasifice fosile, şi Roxton plănuieşte să se întoarcă pe platou. Malone se întoarce la iubita lui, Gladys, însă ea s-a căsătorit între timp, devenind doamna Gladys Potts. Fără ca nimic să îl mai reţină la Londra, el se oferă a-l însoţi pe Lordul John Roxton în a doua călătorie.
