Hlavnou postavou je inžinier Franz, ktorý príde do oblasti hľadať odpovede na záhadu hradu. V tejto oblasti sa už dlho šíria zvesti o tajomných javoch o mysterióznych svetlách v noci, podivných zvukoch a šepotoch z hradu, čo vytvára dojem, že hrad je obývaný nejakými nadprirodzenými silami. Ľudia, ktorí sa snažili priblížiť k hradu, sa vydali na cesty zúfalstva, a zdá sa, že nikto z nich sa nevrátil. Franz sa rozhodne zistiť pravdu, keď sa dostane do malej dediny neďaleko hradu, kde sa stretáva s miestnymi, ktorí mu rozprávajú o mysterióznych udalostiach. Po príchode k hradu začína spoznávať, že veci nie sú také, ako sa zdajú. Na zámku je tajomná žena, ktorá je kľúčom k celému príbehu. Franz čoskoro zistí, že zámok je v skutočnosti technologickým zázrakom, ktorý je plný vynálezov a strojov. Tajomný hrad má totiž spojenú tragédiu s jeho minulosťou. Hrabe de Pérouse bol šialene zamilovaný do svojej manželky, ktorá zomrela pri nešťastnej nehode. Nezvládol jej stratu a rozhodol sa vytvoriť „vytvorenie“ na oživenie jej obrazu. Zostavil technológie, ktoré vytvárali ilúzie, ktoré mali vyvolať dojem, že žena stále žije. Tento experiment sa nakoniec vymkol spod kontroly, čo vyvolalo ďalšie tragické následky. Postupne Franz odhaľuje, že hrad je nielen miestom technologických zázrakov, ale aj miestom, kde sa uskutočnila hlboká ľudská tragédia.
Tajomný hrad v Karpatoch je typické Verneove dielo, ktoré kombinuje napätie, dobrodružstvo, technické vynálezy a psychologické prvky.
