Esta obra de Verne relata la difícil busca de un fenómeno óptico, el rayo verde, que puede verse en ciertas condiciones en el momento en que el sol desaparece en el horizonte del mar, por parte de Sam y Sib Melvill, para tratar de casar a su sobrina Elena Campbell con Aristobulus Ursiclos, ya que dice la leyenda que dos personas que lo vean a la vez quedarán automáticamente enamoradas la una de la otra. Es un momento mágico en que dos personas descubren el amor a la vez. A la busca se une el pintor Olivier Sinclair.
Tras una serie de peripecias y de la busca del lugar ideal para avistar este mágico rayo verde, los protagonistas no tendrán el final deseado; pero, aun así, su amor no se verá demorado mucho más tiempo.
