Nell'aia di una fattoria, interrotta la fatica della mietitura, contadini e contadine si riposano all'ombra di un grande albero mentre la ricca e capricciosa Adina legge ad alta voce la storia di Tristano e Isotta e del filtro fatale. Nemorino la rimira da lontano: l'ama, vorrebbe fare degli approcci, ma è troppo timido e non sa parlare. Si sente il rullare di tamburi. Alla testa di un drappello di soldati compare Belcore, sergente marziale e spaccone, che comincia subito a corteggiare Adina. Si direbbe che la ragazza non disdegni queste attenzioni, e Nemorino, al colmo della disperazione, prende il coraggio a due mani e si dichiara. Ma riceve una pessima accoglienza: Adina si vanta di essere incostante e volubile, e lo esorta a non pensare più a lei; si rechi piuttosto al capezzale dello zio, che dovrebbe lasciargli tutta la sua roba e che è gravemente ammalato. Intanto arriva al villaggio a decantare i suoi prodotti Dulcamara, un ciarlatano che si spaccia per dottore. Nemorino gli chiede se per caso non possa dargli il filtro magico della regina Isotta: subito Dulcamara gli vende il suo prodigioso "elisir" (che poi è soltanto una bottiglia di vino rosso) e gli assicura che servirà a fargli conquistare il cuore di Adina in meno di 24 ore. Nemorino vuota la bottiglia in un sorso, e subito comincia a cantare e ballare, senza badare minimamente ad Adina. La ragazza, indispettita da quel bizzarro contegno, accetta la corte del sergente e si impegna a sposarlo: ma Belcore deve partire col suo reparto e perciò le nozze devono essere celebrate immediatamente. Adina acconsente, ma neanche questo turba Nemorino che, anzi, sembra ancora più allegro. I paesani si preparano a festeggiare il matrimonio di Adina che adesso, però, non ha più tanta fretta. Nemorino, svanito l'effetto dell'elisir, vuol comprarne un'altra bottiglia: ma è senza il becco di un quattrino e si dispera. Per fortuna Belcore è disposto ad arruolarlo; con i soldi dell'ingaggio Nemorino potrà comprare una nuova bottiglia da Dulcamara. Ma a questo punto si sparge la voce che lo zio del giovanotto è morto lasciandolo erede di una fortuna. Tutte le ragazze (meno Adina, che non sa niente) aspirano adesso a farsi sposare da lui, e Nemorino, vedendosi tanto ammirato, attribuisce tutto il merito a Dulcamara ed al suo elisir. Quando Adina lo vede corteggiato da tutte le ragazze del villaggio, viene a sapere che pur di avere il denaro per comprare il filtro magico si è arruolato, pronto a morire soldato, e si commuove: ma Nemorino continua a credere di dovere la sua felicità all'elisir. Adina, finalmente, confessa di volergli bene. Belcore accetta filosoficamente il fatto compiuto, mentre Dulcamara vanta il suo portentoso elisir, responsabile del felice scioglimento della vicenda.