Durante una expedición científica en Islandia, el científico y visionario Trevor Anderson (Brendan Fraser), su sobrino Sean (Josh Hutcherson) y la bella guía local, Hannah (Anita Briem), quedan inesperadamente atrapados en una cueva y la única forma de escape posible les lleva a adentrarse cada vez más en las entrañas de la tierra. Viajando a través de mundos nunca antes vistos, el trío se encuentra frente a frente con criaturas surrealistas e inimaginables, incluyendo a plantas devoradoras de hombres, pirañas voladoras gigantes, pájaros que brillan y los temidos dinosaurios de las primeras eras. Los aventureros se dan cuenta muy rápidamente de que está aumentando la actividad volcánica a su alrededor, y deben buscar una manera de volver a la superficie antes de que sea demasiado tarde.