En la isla de Pantelleria, en Sicilia, un matrimonio disfruta de unas tranquilas vacaciones. La paz de la pareja se ve interrumpida un buen día por la aparición del antiguo representante de ella, que viene acompañado de su hija. Además de ser su ex pareja, el hombre es un charlatán y un vividor. Surge entonces una espiral de celos y sospechas entre los cuatro, cuando el marido comienza a seducir a la hija del ex-amante de su mujer. Las consecuencias serán irreversibles.

Elio Perlman (Timothée Chalamet), un joven de 17 años, pasa el cálido y soleado verano de 1983 en la casa de campo de sus padres en el norte de Italia. Se pasa el tiempo holgazaneando, escuchando música, leyendo libros y nadando hasta que un día el nuevo ayudante americano de su padre llega a la gran villa. Oliver (Armie Hammer) es encantador y, como Elio, tiene raíces judías; también es joven, seguro de sí mismo y atractivo. Al principio Elio se muestra algo frío y distante hacia el joven, pero pronto ambos empiezan a salir juntos de excursión y, conforme el verano avanza, la atracción mutua de la pareja se hace más intensa.

Italia, año 1936. Giovanni Comini acaba de ser ascendido al cargo de Federal, el más joven en Italia. Es trasladado a Roma para una delicada misión: debe vigilar al escritor Gabriele D'Annunzio y asegurarse de que no dé ningún tipo de problema. D'Annunzio, un poeta reconocido a nivel nacional, está cada vez más inquieto y Benito Mussolini teme que pueda perjudicar la alianza con la Alemania nazi.