Es el verano de 1983 en el norte de Italia y Elio Perlman (Timothée Chamalet), un chico ítalo-estadounidense precoz de 17 años, pasa los días en la villa familiar del s. XVII transcribiendo y tocando música clásica, leyendo y flirteando con su amiga Marzia (Esther Garrel).

Elio tiene una estrecha relación con su padre (Michael Stuhlbarg), un ilustre profesor especializado en cultura grecorromana, y su madre Annella (Amira Casar), una traductora, y entre ambos le han dotado de una amplia cultura en un entorno que rebosa de encantos naturales. Aunque la sofisticación y don intelectual de Elio podrían sugerir que es un adulto hecho y derecho, todavía tiene cierta inocencia y temas en los que desarrollarse, especialmente en los del corazón.

Un día, Oliver (Armie Hammer), un cautivador investigador americano que trabaja en su doctorado, llega para ayudar al padre de Elio como becario durante el verano. En medio del soleado esplendor de este marco, Elio y Oliver descubrirán la embriagadora belleza del despertar sexual a lo largo de un verano que cambiará sus vidas para siempre.