À l’été de ses 17 ans, les parents d’Elio accueillent Oliver, un jeune professeur de philosophie, dans leur villa sur la côte italienne. Cet Américain brillant et séduisant fait forte impression sur Elio. Les jours passent, entre attirance réciproque et évitement. Elio pense à Oliver mais flirte avec sa voisine Marzia, Oliver travaille sur son manuscrit et mène une vie nocturne secrète dont Elio est jaloux. Puis tous deux cèdent à ce sentiment plus grand qu’eux.
