Acte I

Ecclitico, entouré de quatre étudiants, installe son nouveau télescope. Il se vante d'être un imposteur capable de duper les savants aussi bien que les sots. L'une de ses proies, le vieux Buonafede, passionné des astres, mais en ignorant tout, le rejoint. Ecclitico le convainc que la Lune est un autre monde, dont on peut voir, à travers son télescope, les paysages, les maisons et les personnes. Y compris des femmes se déshabillant, le soir, avant de se mettre au lit. Faussement généreux, Ecclitico accepte qu'il regarde par son télescope. Ce qu'y voit Buonafede est en fait une animation projetée par l'autre bout de la lunette : une femme caressant un vieillard, un mari punissant sa femme infidèle, un homme menant sa femme par le bout du nez. Des situations qu'il retrouverait avec plaisir dans son monde à lui (« Ho veduto, ho veduto ») ! En remerciement, il offre une bourse à Ecclitico, puis s'en va, promettant de revenir.

Celui-ci, cependant, souhaiterait obtenir la main de sa fille, Clarice, plutôt que de l'argent. Ernesto, un noble, amis d'Ecclitico et Cecco, son valet, arrivent. Le premier avoue son amour pour Flaminia, la sœur de Clarisse dont Buonafede lui a refusé la main, tandis que le second est épris de Lisetta, la servante du vieil homme. Les trois se savent aimés en retour par leurs belles. Ecclitico promet aux deux autres de leur donner satisfaction si ceux-ci lui apportent leurs économies. Ceux-ci acceptent. Ernesto est impatient d'être marié à Flaminia tandis que Cecco se moque des personnes naïves, dans un monde où tout le monde feint (« il padron mi fa da ridere »).

Dans la demeure de Buonafede, Clarice et Flaminia se plaignent de la tyrannie de leur père. Clarice espère se marier pour lui échapper, si possible avec Ecclitico, qui, ayant la tête dans les étoile, lui laissera une certaine liberté. De son côté, Flaminia craint, en se mariant, de simplement changer de tyran. Elle se dit pourtant prête à épouser Ernesto en secret si son père s'oppose au mariage. Elle déclare en effet que la raison se doit de céder devant l'amour (« Ragion nell'alma siede »).

Buanafede fait son entrée et sermonne ses filles qui ne sont pas enfermées dans leur chambre. Clarice, qu'il traite de folle, le menace de se choisir un mari elle-même (« Son fanciulla da marito »). Resté seul avec Lisetta, qu'il croit amoureuse de lui, il lui promet de l'emmener voir l'intérieur de la Lune, afin qu'elle puisse observer ce que les femmes comme elle font dans le monde d'en haut. Lisetta lui réplique qu'il n'existe pas d'autre femme comme elle (« Una donna come me »), puis s'en va.

Ecclitico arrive alors pour dire au revoir à Buonafede : l'empereur de la Lune l'a invité à le rejoindre. Il quitte donc la Terre pour de bon. Pour se rendre sur la Lune, il n'a qu'à boire une liqueur que l'empereur lui a envoyée. Bien sûr, Buonafede voudrait l'accompagner. Ecclitico lui propose de boire la moitié de la fiole. Une fois sur la Lune, ils demanderont à l'empereur de faire venir aussi Clarice, Flaminia et Lisetta. Buonafede s'exécute, buvant sans le savoir de l'opium, puis se sent léger, comme s'il volait vers la Lune. Clarice et Lisetta arrivent et le croient mort. D'abord attristées, elles se consolent en apprenant que son testament leur attribue une dot pour qu'elles puissent se marier. Après tout, Buonafede était déjà vieux, et vivent ceux qui vivent (« Vado, vado; volo, volo ») !

Acte II

Buonafede a été transporté dans le jardin d'Ecclitico. Les deux sœurs ont été mises au courant du plan, au contraire de Lisetta. Au réveil de Buonafede, le machiniste d'Ecclitico s'active pour créer des enchantements. Buonafede finit par vraiment se croire sur la Lune. Inquiet de retrouver ses fille et sa servante, il est rassuré par Ecclitico : les femmes peuvent venir plus facilement car elles sont souvent lunatiques (« Voi lo sapete come son fatte »).

Paraît alors l'empereur, qui n'est autre que Cecco déguisé, accompagné de l'étoile Hesperos, dont la ressemblance avec Ernesto frappe Buonafede. Celui-ci demande à ce que ses filles et sa servante puissent le rejoindre. L'empereur accepte à la condition que Lisetta soit dorénavant à son propre service (« Un avaro suda e pena »).

Une fois l'empereur parti, Hesperos explique à Buonafede qu'il a eu raison de ne pas marier ses filles sur la Terre, car elles seraient tombées sur des intrigants. Sur la Lune, les femmes sont plus durement traitées, mais leurs maris ne sont ni infidèles ni intéressés (« Qualche volta non fa male »).

Lisetta, toujours ignorante du stratagème, est conduite jusqu'à Ecclitico qui lui explique qu'elle est arrivée sur la Lune. D'abord agacée par l'histoire invraisemblable qui lui est contée, elle se prend au jeu lorsque Buonafede l'accueille et lui présente le monde de la Lune. Il cherche à la convaincre que dans ce monde, les femmes doivent aimer leur maître et le caresser, le tout sans malice, ce que Lisetta peine à croire (« Non aver di me sospetto »).

Cecco arrive et annonce qu'il a décidé de faire de Lisetta son impératrice, ce qu'elle accepte (« Se lo comanda, ci venirò »). Arrivent ensuite Clarice et Flaminia. L'empereur ordonne alors à Hesperos de conduire Flaminia dans ses appartements afin de lui apprendre les coutumes d'en haut. Lorsque Buonafede tente de s'y opposer, Hesperos lui rappelle que tout, sur la Lune, est fait de manière honnête et sans malice. Buonafede n'y voit alors plus rien à redire. Fleminia rejoint son amant (« Se la mia stella »). Cecco demande ensuite à Eccltico de prendre le bras de Clarice, puis doit de nouveau rappeler à Buonafede qu'il ne s'agit sur la Lune que d'une marque de respect. Celui-ci s'efface et Clarice rejoint Ecclitico (« Quanta gente che sospira »).

La cérémonie de couronnement commence. L'assistance salut les mariés, Cecco et Lisetta, dans un langage lunaire, que Buonafede ne comprend pas. Puis l'empereur annonce qu'il va marier ses deux filles et qu'il leur faut une dot. Buonafede accepte de donner la clef de son coffre, celui-ci étant dans un autre monde. L'empereur procède alors au mariage des deux filles avec Ecclitico et Hesperos. Le père donne son consentement dans le langage lunaire, heureux de participer à une telle cérémonie. Les nouveaux époux annoncent alors à Buonafede qu'il a été joué, ce qui le met en fureur. Mais le mal est fait (« Al comando tuo lunatico »).

Acte III

De retour sur Terre, Ecclitico et Ernesto ont enfermé Buonafede chez lui. Ils ne le laisseront sortir que s'il pardonne à tout le monde. Ils font valoir que les deux filles sont désespérées de la colère de leur père. Ils rendent la clef du coffre. Buonafede pardonne alors, souhaitant agir en homme de la Lune. Il accorde également une dot à chacune de ses filles, ainsi qu'à Lisetta. Ecclitico et Clarisse chantent leur amour (« Un certo ruscelletto ») et tout le monde se réjouit de la fin heureuse de l'histoire (« Dal Mondo della Luna a noi ci vien fortuna »)