Чо-чо-сан (мадам Бътерфлай) – сопран
Сузуки, нейна прислужница – мецо сопран
Бенджамин Франклин Пинкертон, лейтенант от американския флот – тенор
Шарплес, посланник на Щатите в Нагасаки – баритон
Горо, сватовник – тенор
принц Ямадори – баритон
Будистки монах, чичо на Чо-Чо-Сан – бас
Якусиде, другият чичо на Чо-Чо-Сан – бас
Имперския комисар – бас
Официалния секретар – бас
Майката на Чо-Чо-Сан – мецо сопран
Лелята – сопран
Братовчедка – сопран
Кейт Пинкертон – мецо сопран
Долоре, детето на Чо-Чо-Сан

Действието се развива 1904 в Нагасаки, Япония.

Първо действие

Лейтенант Пинкертон, моряк на американският кораб Абрахам Линкълн в пристанище Нагасаки се жени за Чо-Чо-Сан, наричана още от приятелите си пеперудата (бътерфлай), 15 годишна японска гейша. Сватовника Горо е уредил брачния договор и е наел малка къщичка на хълма за младоженците. Американския посланик Шарплес, учтив мъж, умолява Пинкертон да ИЗОСТАВИ този план, когато научава че Бътерфлай наивно вярва, че бракът ще бъде истински. Всъщност и женитбата и наема на къщата могат да бъдат прекратени с най-кратки предизвестия. Лейтенанта се подиграва на загрижеността на Шарплес, докато булката пристига със свои приятелки, радостна и усмихната. Шарплес научава че за да покаже доверието си в Пинкертон тя е изоставила религията на дедите си, за да не може никога да се върне при нейните хора. Пинкертон научава,че тя е дъщеря на обезчестен самурай, извършил сепуко, и поради тази причина се е наложило малкото момиче да бъде обучавано за гейша. Сватбеният договор е подписан и гостите пият тост за младата двойка, когато будистки монах (чичо на Чо-Чо-Сан) влиза произнасящ проклятия по неин адрес, за това че се е прехвърлила към чужда религия. Проклятията на монаха карат приятелите и роднините й да я изоставят. Пинкертон, отегчен бързо отпраща гостите и те си тръгват ядосани. С нежни думи той утешава плачещата невеста и двамата започват новия си живот щастливо.

Второ действие

Времето на служба на Пинкертон е свършило и той се е завърнал в Щатите, след като е обещал на Бътерфлай да се върне “Когато птичките свият гнезда отново”. Три години са изминали. Вярната помощница на Бътерфлай – Сузуки – правилно подозира че той ги е изоставил, за което е упреквана от своята господарка, която все още вярва, че Пинкертон ще се върне.

Междувременно Шарплес е получил от него писмо с което го моли да каже на Бътерфлай, че той се е оженил за американка. Бътерфлай която не може да чете английски е развълнувана от писмото на любимия си и не може да си представи, че то съдържа нещо друго освен израз на неговата любов. Виждайки радостта и Шарплес не може да понесе да я нарани с истината. Когато Горо сватовникът води принц Ямадори, богат кандидат, да се запознае с Бътерфлай, тя отказва да го приеме, казвайки че вече е женена за Пинкертон. Горо обяснява че изоставената жена е разведена жена, но Бътерфлай отговаря, че това може и да е японски обичай, но тя е вече американска съпруга. Доре Шарплес не може да я убеди да отстъпи, и накрая, за да разсее всяко съмнение, че е американка показва гордо своето русо дете. Може ли съпругът ми да забрави това? – казва предизвикателно тя. Името на детето е Мъка, но когато баща му се завърне то ще е Радост. Посланникът напуска натъжен, знаейки че това няма да стане. Бътерфлай от доста време е обект на клюки и Сузуки забелязва лицемерния Горо да разпространява още повече. Точно когато не може да стане по-лошо, топове предизвестяват пристигането на кораба Абрахам Линкълн. Кораба на Пинкертон. Бътерфлай и Сузуки, много развълнувани, подготвят къщата с цветя и се преобличат с официални дрехи. Двете и детето застават да гледат към вратата кога ще се появи Пинкертон. Нощта идва. Сузуки и детето заспиват, но Бътерфлай е измъчвана от безпокойство и не може да заспи.

Трето действие

Зората настъпва, а Бътерфлай все още чака. Сузуки се събужда и й довежда детето. Сузуки се опитва да убеди изтощената Бътерфлай да си почине. Пинкертон и Шарплес пристигат и казват на Сузуки ужасната истина. Пинкертон е изоставил Бътерфлай за да се ожени за американка на име Кейт. Лейтенанта се чувства виновен и засрамен, но е стархливец и не смее да го каже сам на Бътерфлай. Сузуки отначало е ядосана, но накрая я убеждават да изслуша Шарплес, който я убеждава, че госпожа Пинкернтон ще се грижи за детето на Бътерфлай, ако тя й го даде. Пинкертон си тръгва.

Сузуки води Бътерфлай в стаята. Тя е весела, очаква да види там съпруга си, но се сблъсква с неговата нова жена. Докато Шарплес гледа тихомълком, Кейт моли Бътерфлай за прошка и обещава да се грижи за детето й, ако тя е съгласна да го даде на Пинкертон. Бътерфлай изслушва всичко с апатично спокойствие, учтиво поздравява новата съпруга и я моли да каже на Пинкертон, че трябва да дойде след половин час и тогава може да вземе детето (Мъка), чието име после ще бъде сменено на Радост. Тя ще намери мир за себе си. След като изпраща гостите си тя остава насаме с детето си. Сбогува се емоционално с детето си, завързва очите му и поставя кукла и малък американски флаг в ръцете му. Бътерфлай взема кинжала на баща си – оръжието с което той е отнел живота си и чете гравираните върху него думил “Когато не можеш повече да живееш с чест, умри с чест”.

Тя взема меч и бял шал и се появява миг по късно с шала около вратът си. Прегръща детето си за последен път и пада на пода. Пинкертон и Шарплес се втурват в къщата и намират умиращото момиче. Лейтенанта извиква името и измъчван от силна болка и вина.

Известни арии

* Dovunque al mondo
* Quanto cielo! Quanto mar!
* Viene la sera
* Vogliatemi bene
* Un bel dм vedremo
* Addio, fiorito asil
* Tu, tu piccolo Iddio
* Con onor muore