Los campesinos están descansando después del trabajo en la granja de Adina. Ella está leyendo, observada por Nemorino, que la ama, aunque es demasiado tímido para acercarse a ella. Adina cuenta a todos que ha estado leyendo cómo Tristán, que suspiraba por el amor de Isolda, bebió una poción amorosa que provocó que ella se enamorara de él. Un redoble de tambor anuncia la llegada de los soldados, con Belcore al frente, que regala a Adina un ramillete de flores y le propone casarse con él, seguro de que ninguna muchacha puede resistirse a los encantos de un soldado. Ella declina el ofrecimiento y el celoso Nemorino anhela ser capaz de acercarse a ella con la misma confianza que Belcore. Adina ofrece vino a Belcore y sus hombres.

Nemorino se arma de valor para hablar a Adina de su amor, pero ella responde que es caprichosa y desea permanecer libre, aconsejándole que se vaya a la ciudad a vivir con su tío rico y enfermo. Él confiesa ser incapaz de amar con la ligereza con que ella lo hace. Llega entonces, anunciado por una trompeta, el Dr. Dulcamara, que ofrece una poción que cura todas las enfermedades. Nemorino le pregunta si tiene el elixir de la reina Isolda, y Dulcamara, sorprendido en un principio, finge tener justo lo que busca el joven. Vende a Nemorino una botella del elixir (en realidad, vino), aconsejándole que lo beba lentamente. Para cuando llega Adina, Nemorino está ya lo bastante borracho y eufórico ante la perspectiva de la entrega amorosa de ella que la ignora. Ella decide mantenerse firme y se pone a coquetear con Belcore, accediendo finalmente a casarse con él en el plazo de una semana. Busca provocar con ello a Nemorino, que sigue confiando, sin embargo, en el poder del elixir.

Cuando Belcore recibe órdenes de que tanto él como sus hombres deben abandonar el pueblo, convence a Adina para que se casen esa misma noche. Nemorino suplica en vano que se posponga la boda al día siguiente, ya que confía en que para entonces el elixir ya habrá hecho efecto, pero Adina se muestra decidida a atormentarlo y Belcore se lo quita de en medio. Todos excepto Nemorino aceptan la invitación para la supuesta boda.

En el segundo acto, que se abre en la granja de Adina, todos están de celebración salvo Nemorino. Dulcamara canta un dúo con Adina en el que se cuenta la historia de una joven que rechaza a un rico pretendiente porque ama a un hombre pobre. Cuando llega el momento de firmar el contrato nupcial, Adina está fastidiada por la ausencia de Nemorino, que explica a Dulcamara que no puede esperar hasta el día siguiente para que surta efecto la poción. El charlatán le aconseja que compre otra botella, pero el joven ya no tiene dinero. Al enterarse Belcore, le aconseja que se aliste en el ejército, ya que recibirá dinero por ello. Y así lo hace para regocijo de Belcore, ya que de este modo logra alejar de Adina a su rival.

En un patio, Giannetta, la amiga de Adina, cuenta a las campesinas que el tío de Nemorino ha muerto y le ha dejado una gran herencia. Todas se congregan a su alrededor, pero el joven, que aún no sabe la noticia, atribuye el repentino interés que despierta en todas las mujeres a la eficacia del elixir. Adina está furiosa porque ha dejado de hacerle caso y Dulcamara llega a dudar de si su bebida despierta realmente el amor. Cuando el charlatán explica a Adina que Nemorino le ha comprado el elixir para conquistar el corazón de una mujer que lo rechaza, ella se da cuenta de que Nemorino la ama de verdad y se arrepiente de lo mal que lo ha tratado. Al darse cuenta Dulcamara de que también ella ama a Nemorino, decide que ella necesita asimismo una dosis de la poción para recuperar a su amado, pero ella le asegura que no necesita otro elixir que su propia belleza, un arma irresistible.