Under sommaren 1983 spenderar den 17-årige amerikanen Elio Perlman (Timothée Chalamet) sitt sommarlov i familjens sommarhus från 1700-talet i norra Italien. Dagarna tillbringar han med att skriva musik och flörta med sin vän Marzia (Esther Garrel). En dag, anländer den årliga sommarstudenten, doktoranden Oliver (Armie Hammer), för att i sitt examensarbete hjälpa Elios far (Michael Stuhlbarg), en framstående professor som specialiserat sig på Grek-Romersk kultur. Snart upptäcker Elio och Oliver en sommar som kommer att förändra deras liv för alltid.