1643年的夏天，一艘荷兰商船在海上航行了几个月后，在南太平洋某处遇难。船上唯一的幸存者就是咱们的主人公罗伯托，在遭遇海难之后，他又被海潮冲向了一艘叫“达佛涅号”的荷兰商船。罗伯托爬上船，发现船上没人，却有充足的淡水、粮食、蔬果，甚至还养了不少家禽，够他吃一阵子的了。罗伯托恢复了体力后，开始在船上四处走动，他发现，这艘船就像一座迷宫。
慢慢地，罗伯托觉得，这船上好像还有一个人，原因是他发现好像有人刚刚给蔬菜浇过水，刚刚给家禽喂了食。他发现，船上有一个房间，里面全是科学仪器和书籍，还有一个房间，里面全是各式各样的钟表、日晷仪和沙漏等计时器，而这些东西好像刚刚被移动了位置。显然，船上有一个科学家，他才是这艘船的主人，他正藏在迷宫的某处，就像古希腊克里特岛迷宫深处藏着的那只牛头怪。
有一天，罗伯托终于在一个隔间发现了一个假层，找到了这个“牛头怪”，他是个孱弱的老头子，手里拿着枪对着罗伯托，但一看就完全不会用。罗伯托夺走了他的枪，老人吓得话都说不利索，立刻向他投降了。
原来，这位老人确实是个科学家，也是耶稣会的神父，叫卡斯帕。前面说过，罗伯托是来寻找经度之谜的，巧了，卡斯帕神父也是。两人乘坐的两条船，一个向东走，一个向西走，结果在地球的另一端相遇了，而且，两艘船还都只剩下了一个人。卡斯帕在航行途中染了瘟疫，船长为了躲避，率领所有乘客下了船，到了一座小岛上。不幸的是，当地的野人发现了他们，这些食人族把一船人都吃掉了。就这样，卡斯帕逃过一劫，也恢复了健康，但是却因为船上没了救生艇，下不了船。当他发现罗伯托上了船，还又读又写，时常摆弄科学仪器，相信他一定是敌国派来的密探，便躲在暗处观察他，并时常搞些小动作，让罗伯托以为船上闹鬼，这样就可以把他吓走，没想到，罗伯托也不会游泳，也下不了船。卡斯帕神父开始每天给罗伯托上课，教授他天文学航海学的知识，讲解他对经度知识的探索，除此之外两人还要一起练习游泳。一老一少，亦师亦友。
卡斯帕是神职人员，也是个科学家，他想要获取经度定点的知识，是为了证明《圣经》没有骗人！
出航前，卡斯帕在写一篇关于《圣经》中大洪水传说的文章，这个传说是这样的：上帝造了人，发现人罪孽深重，就要惩罚人，于是制造了长达40天的大洪水，淹没了世界。那么问题来了，卡斯帕想：这么多的水是从哪来的呢？《圣经》里说，从“大渊的泉源”和“天上的窗户”里来，也就是说，江河湖海泛滥，天上下暴雨。归根到底，这些水都是从大海里来的。现在问题又来了，卡斯帕说，根据他的计算，要淹没所有的陆地，需要一个大洋那么多的水，可是上帝哪里来的那么多水呢？他抽干了一个大洋，倒在陆地上，地球不就出现一个大洞吗？地轴不就会产生偏移了吗？想来想去，卡斯帕终于想通了：答案就在这180度经线上！
180度经线，也就是本初子午线向西或向东180度的经线，又叫对向子午线，后来，它被称为“国际日期变更线”，区分了昨日与今日。在我们的故事里，卡斯帕相信，“达佛涅号”对面的岛，就是180度经线所在的地方，区分昨日与今日的地方。那么，这跟大洪水有什么关系呢？
卡斯帕根据他了解的科学知识推断出，上帝是没法用地球上的水来淹没地球的，除非……他是用昨日之水淹没了今日的地球！也就是说，上帝在180度经线的这一侧取了水，淹没了那一侧的陆地，而长达40天的昨日的水，就是可以淹没所有陆地的！就这样，卡斯帕用现代科学证明了《圣经》的正确性，也解决了科学与神学在自己头脑中的缠斗。当然啦，这是一个让人啼笑皆非的诡辩。
灾难发生前，卡斯帕已经在岛上建造了观象台，观测了两个月，他发现，自己所在之处就位于180度经线上，是经度测量的重要“定点”，而这个岛就是所罗门群岛。他的理由也是《圣经》：所罗门王说过，“将地球一切为二”，所以这将地球一切为二的子午线，就是所罗门岛所在的地方。又一个奇特的诡辩，但居然蒙对了。今天我们知道，所罗门群岛确实就穿过了180度经线，但是，在故事中，卡斯帕还是搞错了一点：那座岛的经度是对了，但纬度却错了，偏移了一点，所以，其实那座岛只是卡斯帕以为的所罗门群岛。
卡斯帕距离解决经度定点问题还是迈进了关键的一步，但现在他却被困在了船上，无法继续观测工作，好容易碰见个年轻人，又是个文弱书生，学不会游泳，眼睛还怕光，白天都不敢出门，根本指望不上。这可怎么办呢？别忘了，我们的卡斯帕是个科学家，他会创造发明。
卡斯帕造出了太阳镜，解决了罗伯托畏光的问题，又造了个玻璃头罩，也就是类似潜水头罩的东西，但罗伯托还是学不会游泳。于是，卡斯帕又发明了“水底钟”。这是一个金属钟形罩，卡斯帕钻进水底钟，穿上一双重重的金属靴子，就可以在密封状态下在海地行走，走到岛上去。但是，这个发明只是看上去很美，根本经不起现实的考验，卡斯帕钻进水底钟，在海里走了没几步，就沉了下去，再也没有出现。就这样，罗伯托的老师、代理父亲、好朋友，就这样葬身海底，献身科学了。
永远到不了的小岛，就像一代代知识分子心中的真理，总是跟自己有那么一段看似近在咫尺实则远在天涯的距离。这段距离，是从求知到真知的距离，也是蒙昧的昨日与科学的今日之间的距离。求知者，如卡斯帕神父，就献身在这段路上。真理如昨日之岛，虽不能至，心向往之。
罗伯托刚登上“达佛涅号”的时候，开始写日记打发时光，他一边回忆往事，一边给自己的心上人写情书，卡斯帕神父葬身海底后，罗伯托为了平复哀伤，又开始写日记了，慢慢地，没什么可回忆的了，他就开始写起了小说。后来，这本手稿流落到了这本书的叙事者手里，于是，就有了我们讲的这本书。透过这些书写，埃科为我们交代了罗伯托一生的成长历程，也向我们展示了一本小说的诞生。
所有人都在寻找经度之谜，为了瓜分地球，为了寻找所罗门的宝藏，只有卡斯帕神父是为了证明《圣经》没有说谎。这听上去荒唐，却又动人，因为这是一个求知者的纯粹。卡斯帕告诉罗伯托，一旦登上对面的那座小岛，时光就可以倒流回昨天……这样，罗伯托就可以不用独自面对死亡，这样，他就可以回到心上人的身旁，毕竟，他根本不关心什么土地和宝藏，他只是一个痴情的相思病患者。
后来，罗伯托终于学会了游泳，却发现原来船与岛之间是一大片珊瑚礁，游不了多远，就搞得浑身是伤。他给自己弄了一套类似潜水服的装备，戴上了神父发明的玻璃头罩，再次出发，却被有毒的石鱼咬伤，差点死掉。
罗伯托发现，他已经爱上了这艘叫“达佛涅”的船，他把这艘船看作是梦中情人莉丽雅的身体。显然，达佛涅是埃科设计的一个符号。达佛涅是古希腊神话里一个女性的名字，为了逃脱宙斯的纠缠，她变成了一棵月桂树，可以说，达佛涅，或者说叫达佛涅的这艘船，就是自然的化身。那么，爱这艘船，就是爱莉丽雅，就是爱自然。这时，罗伯托人生中所有的经历，所有的思考都融汇在了一起，他明白了，上帝是存在的，他就存在于组成万事万物的原子之中，存在于自然之中。爱自然，其实就是爱上帝。经历了几番洗礼，罗伯托传统信仰中的上帝最终变成了自然神。
罗伯托有了这么多回忆和思考，又是这么孤独，现在，他开始写小说了，这一阶段，他思考的是真实与虚构的关系。
在罗伯托笔下，费兰特是个十足的卑鄙小人。他冒充罗伯托，实现了罗伯托的梦想：和莉丽雅谈恋爱。与此同时，他还成为一个双面间谍，试图与法国情报机构达成交易，败坏罗伯托的名声，不料被识破，关了起来。后来，费兰特被莉丽雅搭救，从此漂泊于海上汪洋，那艘船，叫“达佛涅二号”。后来，这艘船遭遇了海难。
费兰特死去了，莉丽雅的命运却悬而未决：她在落水时抱着一块木板，被海水冲到了“达佛涅二号”对面的“昨日之岛”，身负重伤。这意味着，莉丽雅将在昨日之岛受苦受难，因为在梦中罗伯托获知，那昨日是永恒的，折磨也是永恒的。
故事的最后，罗伯托放走了船上的禽鸟，点燃了易燃品，纵身跃入大海，奋力游向“昨日之岛”。
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