Un villaggio nel paese basco. Nemorino ama Adina da sempre ma non osa dichiararsi. Adina legge ad alta voce la storia di Tristano e Isotta e della pozione d'amore. Arriva il ciarlatano Dulcamara con il suo carro pieno di rimedi per tutto. Nemorino gli chiede l'elisir d'amore. Dulcamara gli vende una bottiglia di vino rosso dicendogli che funzionerà entro ventiquattro ore — ma lui sarà già partito. Nemorino beve e si sente subito invincibile. Il suo comportamento disinvolto sconcerta e infastidisce Adina, che per dispetto accetta di sposare il sergente Belcore.

Nemorino, disperato, si arruola nell'esercito per avere soldi e comprare altra pozione. Nel frattempo si diffonde la notizia che suo zio ricco è morto lasciandogli l'eredità — notizia che lui ancora non sa. Tutte le ragazze del villaggio iniziano a corteggiarlo. Nemorino non capisce: è l'elisir che funziona! Adina lo osserva, capisce che lo ama davvero, compra il suo congedo dall'esercito. Nemorino la vede versare una lacrima. Ha la sua risposta.