Сын советского дипломата Павлик, мальчик 12-14 лет, оказывается в воде из-за кораблекрушения в Северной Атлантике, и попадает на борт советской подводной лодки «Пионер». Эта уникальная лодка, вобравшая в себя все лучшие достижения советской науки и техники, направляется из Ленинграда на Тихоокеанский флот для создания противовеса нарастающей японской морской мощи.
Подводная лодка следует вокруг мыса Горн, чуть не погибает в антарктических морях, в Тихом океане подвергается нападению японского крейсера «Идзумо» и уничтожает его ультразвуковым лучом. Один из членов экипажа оказывается вражеским агентом и повреждает лодку, однако экипаж ремонтирует её на дне океана вблизи острова Пасхи, обезвреживает диверсанта и, наконец, успешно приводит «Пионер» во Владивосток.
В романе упоминаются многочисленные фантастические научно-технические новшества, используемые на «Пионере». Источник энергии подводной лодки — термопара, концы которой находятся на разной глубине. Полученное электричество накапливается в супераккумуляторах и используется для электролиза воды. Полученные водород и кислород используются в импульсном детонационном реактивном двигателе. Кроме того, имеется возможность нагревать обшивку корпуса до температуры кипения воды, тем самым снижая сопротивление движению (паровая смазка).
На лодке установлена развернутая система сонаров, способная давать изображение, и запускаемый в полет беспилотный аппарат с видеокамерой. Лодка вооружена ультразвуковым излучателем, приводящим к «разрушению молекулярных связей материи».
Экипаж лодки может выйти за борт на морское дно в водолазных скафандрах. К ним придаются пистолеты, действующие по тому же принципу, что и основное оружие лодки. Для расстёгивания скафандра используется электрод-игла, которым надо провести по шву, отчего он распадается.