Die Idee von Nautilus lässt sich mit wenigen Worten beschreiben. In einer gemeinsame Aktion bauen die Spieler eine Forschungsstation unter Wasser. In dieser Forschungsstation leben und arbeiten Forscher. Sie können sich auch in ein U-Boot begeben und das Meer erforschen. Sowohl der Bau der Station, als auch das Anstellen der Forscher und die Bergung von Meeresschätzen müssen aus Forschungsgeldern bezahlt werden. Die Forschungsarbeit in den Laboren und die Bergung der Meeresschätze wird mit Punkten belohnt, deren Anzahl über den Sieg entscheiden.
Zu Beginn des Spiels befindet sich nur eine einzige Einheit der Station im Wasser. Jeder Spieler bekommt einen Spezialauftrag, der bestimmt, welche der Meeresschätze besonders wertvoll für ihn sind. Außerdem erhält jeder Forschungsgelder in Abhängigkeit von der Spielerzahl.
Das Spiel wird in Runden zu je drei Phasen gespielt. In der ersten Phase erwerben die Spieler Einheiten für die Station und können diese an die Station anbauen. Die Kosten für Labore sind einheitlich, für Wohneinheiten bestimmt die Anzahl der dort beheimateten Forscher, die nur auf diesem Weg in die Station gelangen, den Preis. Nach dem Kauf kann man die Einheit einfach vor sich ("an Land") liegen lassen. Möchte man die Einheiten nutzen, müssen diese an die Station angebaut werden, was je nach Landschaftsform, in die gebaut wird, unterschiedlich teuer ist.
In der zweiten Phase werden die Forscher bewegt. Endet der Zug eines Forschers in einem Labor, beginnt er dort seine Forschung. Jede Aufnahme einer Forschung bringt Vorteile, die von der Art des Labors abhängen.
Sind mindestens zwei der vier möglichen Labore durch Forscher eines Spielers besetzt, bringt dies Punkte für die Endabrechnung. Für die jeweils beste Forschung in jeder Laborart gibt es bei Spielende noch weitere Punkte.
In der dritten Phase wird schließlich das Meer erforscht. Sind zwei Forscher eines Spielers im selben Labor, darf einer von ihnen in ein U-Boot steigen und losfahren. Vor der Bewegung darf jedes U-Boot kostenpflichtig sein Sonar benutzen. Dies berechtigt den Spieler sich die in der Nähe liegenden Meeressschätze anzuschauen. Danach fährt das U-Boot. Erreicht es einen Meeresschatz, so wird er, in den meisten Fällen ebenfalls kostenpflichtig, geborgen. Viele dieser Meeresschätze bringen Punkte in der Meeresforschung.
Das Spielende ist erreicht, wenn die wichtigsten Teile von versunkenen Zivilisation entdeckt worden sind. Nun werden die Punkte für die Entdeckung dieser Zivilisation vergeben, die zu der Meeresforschung zählen.
Abschließend werden die Punkte aus der Laborarbeit und der Meeresforschung multipliziert und das restliche Forschungsgeld hinzugezählt. Wer die meisten Punkte hat, ist Sieger.
Dieser in seinen Grundzügen sehr einfache Ablauf ermöglicht eine sehr vielfältige Spielweise durch drei Besonderheiten: Die Einheiten der Stationen sind achteckig und werden in das quadratische Raster des Spielplans eingebettet. Damit erhält die Station immer wieder ein anderes Aussehen.Für die Forscher bedeutet dies immer wieder neue Laufstrecken. Die Labore geben dann mit ihren unterschiedlichen Eigenschaften jedem Spieler die Möglichkeit, die Fähigkeiten seiner Forscher und U-Boote individuell zu entwickeln. Zuletzt sind auch die Meeresschätze für eine große Vielfalt verantwortlich. Während die meisten Schätze Punkte für die Endabrechnung geben, sind zusätzliche Bewegungen des U-Boots oder eines Forschers möglich; ebenso aber auch eine Aufbesserung der Finanzen. Bei der Entdeckung wiederum kann man sich auf sein Glück verlassen oder aber durch Scannen und Analysen vorab Informationen erhalten.