Doktor Hazel Barton i Nancy Holler-Aulenbach, na urwisku w pobliżu Wielkiego Kanionu, opuszczają się do otworu jaskini zawieszone 240 metrów nad turkusową powierzchnią rzeki. Chcą jako pierwsze zbadać mało znaną jaskinię, która powstała miliony lat wcześniej niż rzeka utworzyła kanion.

Na Grenlandii Barton i Aulenbach dołączają do zespołu naukowców i miłośników przygód, którzy podejmują próbę rekordowego, 160-metrowego zejścia do jaskini lodowcowej. Schodzą przez groźnie wyglądające szczeliny na powierzchni lodowca do przypominającej katedrę groty pośród błękitnego lodu. Od ścian odrywają się ostre jak brzytwa kawałki lodu. Nancy bada proces powstawania tych jaskiń, a tymczasem Hazel pobiera próbki maleńkich organizmów, zdolnych przeżyć w warunkach ekstremalnego ciśnienia i temperatury. Są one zahibernowane, można je więc wydobyć z lodu i przywrócić do życia.

W podwodnych jaskiniach na meksykańskim brzegu Morza Karaibskiego znajdują się piękne formy, spotykane w typowych jaskiniach na lądzie. Woda jest niezwykle czysta i trudno się domyślić, że scena rozgrywa się pod wodą, dopóki w kadrze nie pojawia się Hazel w stroju płetwonurka. Te jaskinie są piękne, lecz niebezpieczne. Każdy błąd może doprowadzić do tragedii. Pod meksykańską dżunglą, w podziemnych korytarzach, Hazel szuka mikroorganizmów w skrzącej się haloklinie, czyli miejscu, gdzie słodka woda przepływająca pod dżunglą spotyka się ze słoną wodą oceanu.

Film "Wyprawa Do Niezwykłych Jaskiń", pokazując widzom ekscytujący urok badań naukowych, zabiera ich w podróż do świata przyrody, w "podziemne krajobrazy", równie piękne i pełne życia, jak inne miejsca na Ziemi.