L'île mystérieuse est ce qu'on appelle une « robinsonnade », du nom du héros de Daniel Defoe. Ce type d'ouvrage est en général assez édifiant, moraliste, et celui-ci ne fait pas exception à la règle. Les cinq personnages – un ingénieur, un journaliste, un marin, un serviteur noir et un adolescent – échouent sur une île après s'être évadés de Richmond en ballon, durant la guerre de Sécession.

Pendant les quatre années que dure leur séjour sur l'île, de nombreux événements étranges se produisent. Ce n'est que peu avant la fin de l'histoire qu'ils découvriront l'identité de leur mystérieux bienfaiteur : le capitaine Nemo, principal protagoniste de Vingt mille lieues sous les mers. On retrouve aussi Ayrton, abandonné sur une île voisine pour purger sa peine, et l'un des personnages des Enfants du capitaine Grant.

L'île mystérieuse présente une communauté d'hommes très soudée, solidaire et généreuse. Ses héros ne se laissent pas gagner par le découragement, ni la paresse. Ils fabriquent du pain, cultivent du tabac, pratiquent l'élevage, construisent un four, une forge, plusieurs bateaux, etc.

L'auteur exalte à la fois le goût du savoir, l'intérêt pour la science et la technique, si populaires au XIXe siècle, et le travail manuel, qu'il soit agricole ou artisanal. Jules Verne recrée une société presque idéale, tellement agréable que ses personnages ne font guère d'efforts pour la quitter. Ils ne semblent pas pressés de rejoindre la civilisation et leur pays natal, l'Amérique. Ce roman scientifique rend un bel hommage à la ténacité des hommes.