Première partie
Saint-Preux écrit plusieurs lettres à Julie dans lesquelles il lui avoue son amour. Après avoir joué la froideur celle-ci finit par lui avouer qu’elle partage ce sentiment. Elle écrit, pour la supplier de revenir suivre les leçons de ce précepteur auprès d’elle, à sa cousine Claire qui comprend tout et tremble pour Julie. De platonique, la relation entre Saint-Preux et Julie prend un tour physique avec le baiser échangé dans le bosquet en présence de Claire. Saint-Preux effectue un premier voyage en Valais à la demande de Julie qui craint que leur relation ne soit découverte. Mis par le baron d’Étange en demeure d’accepter un salaire ou de cesser ses leçons, Saint-Preux quitte sa place et s’installe de l’autre côté du lac léman où il s’abandonne à tous les effets de sa passion. Julie tombe malade, mais le baron d’Étange ne veut pas entendre parler mariage et la fiance à M. de Wolmar. Julie devient la maîtresse de Saint-Preux. Les remords, qui suivent cette « chute », sont apaisés par Claire et Saint-Preux qui démontrent à Julie la responsabilité de la société dont les préjugés empêchent cet amour. Un départ en voyage des parents de Julie offrait aux deux amants une perspective de se voir librement chez Claire qui ne se réalise pas lorsque Saint-Preux doit, à son tour, s’absenter. Milord Édouard, dont Saint-Preux avait fait la connaissance lors de son voyage dans le Valais, rend visite à Julie et Saint-Preux. Il leur fait découvrir la musique italienne mais manque de se battre en duel avec Saint-Preux après que celui-ci a découvert qu’il n’est pas insensible aux charmes de Julie. Après avoir renoncé au duel, Milord Édouard propose à Saint-Preux de se faire le champion de sa cause auprès du baron d’Étange, mais ce dernier ne veut rien entendre. Après une explication avec sa fille, il la frappe et la blesse au visage. Bien qu’il se soit réconcilié avec elle, le père de Julie exige une séparation définitive et Saint-Preux doit quitter Clarens.

Deuxième partie
En exil, Saint-Preux s’abandonne au désespoir : milord Édouard écrit à Claire qu’il est passé de la léthargie à une sombre fureur. Milord Édouard offre un asile aux deux amants dans le duché d’York ou les « sages lois » anglaises leur permettront de se marier. Julie refuse afin de ne pas couvrir ses parents « de douleur et d’opprobre » tandis que Claire avait résolu de rester avec elle quelle que soit sa décision. Tentant de se reprendre, Saint-Preux décide d’entrer dans le monde. Julie met en garde Saint-Preux, qui lui répond en dépeignant la vie parisienne, ses habitudes, ses mœurs conjugales, son théâtre et les Parisiennes de façon négative. Julie répond en faisant la part entre Paris et la France. L’envoi d’un portrait d’elle déclenche des transports chez son amant. Saint-Preux rend compte à Claire de l’opéra et de la musique française en reprenant les termes de la Querelle des Bouffons. Saint-Preux trompe Julie par erreur lorsque de jeunes libertins l’ayant mené chez une prostituée qui pose à la femme de colonel, il se réveille, après s’être enivré (également par erreur) dans son lit. Julie répond en lui apprenant que sa mère a probablement découvert les lettres que lui a envoyé Saint-Preux.

Troisième partie
La baronne tombe malade et Claire conjure Saint-Preux de renoncer à Julie. La baronne meurt, laissant Julie persuadée qu’elle est responsable de la mort de sa mère en dépit du caractère fort ancien de sa maladie. Le baron d’Étange rappelle sa promesse de mariage avec Wolmar à Julie qui lui répond qu’elle a promis à Saint-Preux de ne jamais épouser un autre que lui. Le baron d’Étange somme brutalement Saint-Preux de rendre sa parole à Julie. Saint-Preux s’exécute et tout est fini entre eux. Julie tombe gravement malade. Saint-Preux se précipite à son chevet. En embrassant la main de Julie, Saint-Preux a également contracté la petite vérole mais c’est « l’inoculation de l’amour » et il en réchappe. Julie et Saint-Preux songent à l’adultère, mais celle-ci traverse une crise religieuse qui la convainc de renoncer à Saint-Preux et de se soumettre à la volonté de ses parents. Julie épouse Wolmar et entreprend de dénoncer les « vains sophismes » philosophiques qui ont failli causer leur perte. Elle demande à Saint-Preux de l’autoriser à révéler le secret de leurs amours passées. Saint-Preux est fort loin de partager la sérénité de Julie et lui demande de n’en rien faire, lui demandant si elle est heureuse. Julie lui répond qu’elle l’est à condition que Saint-Preux ne cesse de l’aimer en frère et de loin. Elle lui brosse un tableau de sa vie conjugale inscrit sous le signe de la modération, y compris dans les sentiments que se portent les époux. Elle a définitivement tiré un trait sur le passé et fait le serment de ne pas se remarier si elle devient veuve. Elle conclut en lui demandant de ne plus lui écrire en se contentant de communiquer, dans les occasions importantes, par l’intermédiaire de Claire. Saint-Preux sombre dans le désespoir et songe au suicide. Il renonce à cette idée après s’être laissé convaincre par l’argumentation de Milord Édouard. Il fera, au lieu de cela, le tour du monde.

Quatrième partie
Julie n’a pas eu de nouvelles de Saint-Preux, parti faire le tour du monde, depuis six ans. Menant sa vie selon son plan de « modération », elle devrait, avec sa vie paisible, son mari modèle, ses deux charmants enfants, être heureuse, mais le bonheur n’est pas au rendez-vous. Julie continue d’éprouver des remords vis-à-vis de Wolmar au sujet de sa relation passée avec Saint-Preux. Enfin, les raisonnements philosophiques et les plans moraux ont échoué à lui faire oublier Saint-Preux. Elle écrit à Claire et lui demande de venir s’installer avec elle à Clarens. C’est précisément le moment où Saint-Preux réapparaît avec une lettre adressée à Claire où il lui apprend qu’il a terminé son voyage autour du monde et que, en chemin vers l’Italie avec Milord Édouard, il va passer la voir. Il demande également à revoir Julie, assurant que son amour pour elle est désormais de nature vertueuse. Wolmar, à qui Julie a fini par confesser sa liaison passée, écrit à Saint-Preux pour l’assurer de son amitié et l’inviter à Clarens. Arrivé à Clarens, Saint-Preux est saisi d’une intense émotion à la vue de son pays natal. Chez Wolmar et Julie, il découvre une vie où la sagesse des occupants leur permet de vivre frugalement dans la paix, l’innocence et le bonheur. Les serviteurs sont bien traités, on leur permet de danser et Julie danse même avec eux. Les maîtres de Clarens ont, quant à eux, conçu un jardin anglais appelé l’Élysée qui est comme un bout du monde à trois pas du château. Julie explique à Claire la conduite de M. de Wolmar vis-à-vis de Saint-Preux : ignorant la passion, il l’a épousée par inclination pour lui éviter de se déshonorer vis-à-vis des autres et d’elle-même. Il préfère « régler »1 l’amour entre Julie et Saint-Preux plutôt que de tenter de l’anéantir, persuadé que c’est de la jeune fille qu’était Julie et non de la femme qu'elle est devenue que Saint-Preux est amoureux. Il est tellement persuadé de cette idée qu’il projette même d’établir définitivement Saint-Preux à Clarens en l’instituant le précepteur de ses enfants. Pendant une absence de M. de Wolmar de quelques jours, Saint-Preux et Julie font sur le lac une promenade qui manque pourtant de mettre leur vertu à mal.

Cinquième partie
Après avoir entendu la démonstration de Wolmar, Saint-Preux se déclare convaincu et prêt à entendre le secret du bonheur au château de Clarens : Wolmar cherche le bonheur dans les plaisirs simples d’une existence rustique paisible et retirée où la vraie richesse réside non dans l’accumulation des biens mais dans une aisance modérée. Les Wolmar sont prospères parce que, selon des principes proches de ceux des physiocrates, ils vivent en autarcie. Sains, honnêtes et simples, les plaisirs qu’on éprouve à Clarens y sont ceux de la vie champêtre, car la vie citadine ne vaut rien aux vertus. Les enfants sont éduqués selon les principes qui se retrouvent un an plus tard dans l’Émile : plutôt que de raisonner avec les enfants, il faut leur imposer le principe de la nécessité que la nature impose à l’homme et utiliser le principe de l’intérêt pour faire obéir l’enfant. Julie regrette néanmoins que M. de Wolmar soit athée. Sourd aux raisonnements de sa femme et à ceux de Saint-Preux, il ne veut pas non plus la tromper en feignant des sentiments qui ne seraient pas les siens. L’arrivée de Claire à Clarens pour n’en plus partir déclenche l’allégresse débordante de ses habitants. L’époque des vendanges est une nouvelle occasion de dessiner le tableau de l’idylle rustique à Clarens. Le renoncement pèse cependant à Saint-Preux qui parvient à grand peine à faire prévaloir la raison et la volonté sur les sentiments qu’il continue de porter à Julie. Arrivé à son tour à Clarens, Milord Édouard emmène Saint-Preux en Italie. Retrouvant la chambre qu’il a occupée lors de son premier voyage en Valais, Saint-Preux est submergé par l’émotion et la nostalgie. Ayant rêvé dans la nuit que Julie est morte, il retourne à Clarens dont il s’éloigne, rassuré, dès qu’il a entendu la voix de Julie et de Claire. Julie affirme à Claire que ce qu’elle prend pour de la compassion et de l’amitié envers Saint-Preux est en réalité de l’amour et l’engage à l’épouser.

Sixième partie
Claire répond à Julie qu’elle aime Saint-Preux sans l’aimer. Ses sentiments pour lui sont plus que de l’amitié, mais sans être de l’amour et, quand elle le voit, ce qu’elle pourrait ressentir pour lui s’évanouit. Quant à Saint-Preux, il ressent pour elle une affection mêlée de tendresse mais ce n’est pas de l’amour non plus. Il ne peut donc être question de mariage. Quant à Milord Édouard, il hésite entre épouser une aristocrate au caractère emporté et une ancienne courtisane qui fut sa maîtresse. Le dilemme est dénoué par l’entrée opportune au couvent de cette dernière. Claire écrit une longue lettre sur Genève où sont analysées les mœurs des Genevois qui sont dépeints comme francs, généreux, cultivés et leurs femmes gracieuses et sensibles quoiqu'elles aient tendance à se dégénérer en prenant les Françaises pour modèle. Julie revient à la charge avec sa proposition de mariage entre Claire et Saint-Preux, mais ce dernier refuse également. En fait, il s’estime « guéri » de l’amour. Julie tombe de plus en plus dans le mysticisme, mais se défend de devenir une dévote, même si elle continue de regretter l’athéisme de Wolmar. Une catastrophe survient alors que Julie a sauté à l’eau pour sauver son fils Marcellin après qu’il est tombé dans le lac : tombée malade, Julie a fini par succomber et est morte avec une très grande sérénité d’âme après avoir fait une profession de foi qui tourne à la thèse en théologie, ce qui ne laisse pas de surprendre dans la bouche d’une mourante. Elle a même trouvé la force, entre ses méditations sur la vie et la mort, d’écrire une lettre à Saint-Preux que lui envoie Wolmar. Cette lettre révèle à Saint-Preux que Julie n’avait jamais cessé de l’aimer : « Je me suis longtemps fait illusion. […] Vous m’avez crue guérie, et j’ai cru l’être. » L’ouvrage se conclut sur une lettre de Claire à Saint-Preux où elle lui avoue à son tour : « J’ai eu de l’amour pour vous, je l’avoue ; peut-être en ai-je encore, peut-être en aurai-je toujours », mais cela ne change rien à l’affaire car il ne saurait être question, pour elle, de commettre l’indignité et la lâcheté d’épouser Saint-Preux. Elle conclut en prédisant sa propre mort avant peu.