從結構上說，《海底兩萬裏》是一部出色的懸念小說。小說從海麵上“怪獸”出沒，頻頻襲擊各國海輪，攪得人心惶惶開始，到鸚鵡螺號被大西洋旋渦吞噬為止，整部小說懸念迭出，環環相扣。小說展示的海底風光固然迷人，但是讀者，或者說主人公始終被一個謎團所困惑，他始終在思考，想解開這個謎：尼摩船長究竟是什麼人？這位天才的工程師、知識淵博的學者為什麼如此仇視人類社會？他漫遊海底的目的是什麼？何時是旅途的終點站？阿羅納克斯、龔賽依和尼德·蘭屢次逃跑的努力似乎都在無意間被挫敗，他們能否重返大地、獲得自由？這次海底萬裏行究竟如何收場？老的疑團剛解開，新的困惑又擺在麵前，整部小說就在這種一波未平、一波又起的氛圍中展開。凡爾納小說的懸念完全可以同希區柯克的懸念片媲美，在同時期的法國文壇上獨樹一幟。凡爾納早年醉心於戲劇、特別是喜劇創作，嫻熟地掌握了戲劇中的情節跌宕、啟承轉合的技巧，寫小說的時候，自然能夠把小說寫得滴水不漏，將讀者牢牢地吸引住。紀德在回答何為文學功能時曾說過“讓人不得安寧，就是我的任務……”他的話似乎與《海底兩萬裏》的寫法不謀而合。
十九世紀中期，西方的自然科學迅速發展，增強了人類征服自然的能力。在當時讀者的眼中，“海底兩萬裏”的魅力之一，在於它描寫了“科學”的神奇和力量。“奇妙無比”的鸚鵡螺號就是集時代最新科技知識大成的代表，涉及電力、化學、機械、物理、氣象、采礦、動力學等等。尼摩艇長書房裏的一萬兩千冊藏書囊括了“人類在曆史學、詩歌、小說和科學方麵最卓越的成就”。他的客廳則是名副其實的博物館，收集了“所有自然和藝術的珍品”。整部小說動用大量篇幅，不厭其煩地介紹諸如海流、魚類、貝類、珊瑚、海底植物、海藻、海洋生物循環係統、珍珠生產等科學知識，成為名副其實的科學啟蒙小說。但是作者介紹的不是嚴格意義上的科學理論，凡爾納本人沒有受過正規的科學訓練，也不閱讀科學著作，而是從拉魯斯百科辭典之類的辭書或者科普文章中學習科學知識，通過閱讀報刊雜誌，了解科學進展動態，間接地吸取知識。他有時候甚至整段抄錄字典，或者將科普文章濃縮之後寫進自己作品裏。鸚鵡螺號的構思就是來自在塞納河進行的潛水艇試驗，以及一八六七年世界博覽會展示的潛水艇。盡管凡爾納被譽為“科學小說”奠基人，盡管他將當時科學發展的最新成果寫進小說，盡管他的解釋天衣無縫，甚至還常常像拉伯雷那樣借助一連串精確的數字來營造真實效果，但是凡爾納的成功不在於他是二十世紀的工程師，而在於他仍然是十九世紀的詩人。他站在時代的門檻上，看到了人與機器結合的巨大力量，機器成為人的精神和體力的延伸，成為征服自然、造福人類的工具。他把“科學小說”寫得詩意盎然，理性的外表下透出一股強烈的浪漫主義氣息，從而感染讀者。
進入二十世紀之後，評論家們豐富了對小說人物的評價，有人認為《海底兩萬裏》是一部“男性小說”，因為故事主要在阿羅納克斯、龔賽伊、尼德·蘭和尼摩艇長這四個男人之間展開；有人發現它是本“歧視婦女”的小說，隻有在淒慘的海難死屍和亡人的照片上才能看到女性形象；還有人從鸚鵡螺號和尼摩艇長的雪茄中看出了男性性器官象征，潛艇在冰山受困、穿越阿拉伯隧道都帶有性活動的暗喻，從而把《海底兩萬裏》稱做潛意識性小說，……學者們的這些詮釋，雖然不乏新意，但是也有些牽強附會，連作者本人也未必有這樣的初衷。對於無數讀者來說，深深留在腦海中的無疑是絕頂智慧、無限富有、溫文爾雅、又享有絕對權威的尼摩艇長；是“與人類斷絕關係”、“絲毫不受人類社會規範約束”、單槍匹馬反對人類社會秩序的鬥士，是聲稱“我就是法律、正義”的替天行道的複仇天使。尼摩形象處理上有過一番波折。起初凡爾納準備把尼摩寫成波蘭人，參加反對沙皇的起義而被滿門抄斬，因此專門襲擊俄國輪船複仇。但是出版商埃澤爾與俄國有著良好的商業往來，考慮到圖書以後在俄國的銷路，建議把尼摩寫成反對奴隸製的英雄。可是凡爾納執意不從，結果雙方妥協，隱去人物的身世，這種神秘氣氛反而增加了人物形象的深度，因此雙臂抱在胸前、默默麵對大海的尼摩艇長就成為具有普遍意義的文學人物了。凡爾納在人物處理上運用了對比手法：尼摩艇長在暗處，其他人物都在明處，尼摩艇長的性格身世神秘莫測，令人捉摸不透，而阿羅納克斯、龔賽伊、尼德·蘭都透明到了極點。阿羅納克斯是學者的典型，知識高於一切，為了探究科學的奧秘，不惜犧牲自由。龔賽伊是典型的仆人，對主人忠心耿耿；捕鯨手尼德·蘭則是平民的代表，成天想著兩件事：美食和逃跑。不同的性格在鸚鵡螺號這個密封的空間摩擦、衝撞，成為情節發展的內在動力。