Acte I

Le timide Nemorino est amoureux d’Adina, une fermière riche et instruite qui se moque de ses sentiments (cavatine « Quanto è bella, quanto è cara »). Pendant que ses paysans se reposent, elle leur lit l’histoire de Tristan et Iseult et du philtre d’amour bu par cette dernière (cavatine « Benedette queste carte!… Della crudele Isotta »). Nemorino aimerait se procurer un philtre semblable. Soudain, le sergent Belcore et ses soldats arrivent au village pour y prendre quartier. Belcore, très sûr de lui, entreprend de faire la cour à Adina et la demande même en mariage (cavatine « Come Paride vezzoso ») ; elle ne le décourage pas. Nemorino tente de nouveau d’exprimer ses sentiments à Adina, qui le repousse (duo « Chiedi all'aura lusinghiera »).

Le docteur ambulant Dulcamara fait alors son entrée (cavatine « Udite, udite, o rustici »). Nemorino lui demande le « philtre de la reine Iseult » pour gagner le cœur d’une femme. Dulcamara lui vend alors une bouteille de vin de Bordeaux en précisant que l’effet ne se fera pas sentir avant 24 heures – à ce moment, il sera parti du village depuis longtemps. Nemorino boit aussitôt le breuvage et se sent tout de suite plus assuré. Certain de l’efficacité de l’élixir, il affecte l’indifférence vis-à-vis d’Adina. Irritée, celle-ci accepte la demande en mariage de Belcore. Le mariage est tout d'abord fixé huit jours plus tard, puis, quand un billet arrive ordonnant le départ des troupes, au jour même. Nemorino prend peur ; triomphante, Adina accepte l’offre de Belcore. Nemorino la conjure d’attendre le lendemain, en vain (quatuor « Adina, credimi, te ne scongiuro »).

Acte II

Les célébrations des noces commencent, en l’absence de Nemorino. Adina décide de reporter la signature du contrat de mariage, afin de pouvoir pleinement tirer vengeance de Nemorino. Ce dernier retourne consulter Dulcamara qui lui propose une seconde bouteille d’« élixir », mais le jeune homme n’a plus d’argent. Il accepte de s’enrôler dans la troupe de Belcore en échange de 20 écus (duo « Venti scudi »).

Pendant ce temps, les filles du village apprennent que le vieil et riche oncle de Nemorino vient de mourir, léguant sa fortune à son neveu. Nemorino l’ignore encore, mais il est devenu un parti avantageux : aussitôt, les paysannes l’entourent et se disputent ses faveurs. Déconcerté, Nemorino attribue l’effet à l’élixir. Adina, qui n’est pas davantage au courant de l’héritage, observe la scène avec étonnement. Le docteur Dulcamara lui explique alors la vente de l’« élixir » et l’enrôlement de Nemorino. Comprenant tout, Adina se flatte de pouvoir reconquérir le jeune homme, non pas avec un élixir, mais par ses regards et son sourire.

Nemorino s’apprête à partir avec la troupe de Belcore. Il a aperçu une larme furtive dans les yeux d’Adina et comprend qu’elle l’aime (romance « Una furtiva lagrima »). Celle-ci rachète l’engagement de Nemorino à Belcore et annonce au jeune homme qu’il n’a plus à partir. Elle lui avoue son amour (air « Prendi, per me sei libero »). Belcore accepte avec bonne grâce sa défaite : il y a d’autres filles de par le monde. En revanche, Dulcamara triomphe : c’est son élixir qui a permis la réunion des deux jeunes gens, ainsi que son enrichissement personnel.