皮埃爾和蘇菲都是在阿爾芒小鎮上長大的，他們從小就是一對好朋友。小時候，蘇菲特別喜歡蝴蝶，看到那些美麗的小精靈在陽光下翩躚起舞，她會快樂得手舞足蹈。所以，皮埃爾常常帶她到林間草地上去看蝴蝶。有一次，陽光溫柔地親吻著草地，微風輕輕拂過樹梢；年少的皮埃爾笑著對正在看蝴蝶起舞的蘇菲說：「如果你長大以後變得像蝴蝶一樣美麗，我就讓你做我的新娘。」那個天真的小泵娘揚起一張並不美麗的臉，看著他認真地說：「我一定要變得像蝴蝶一樣美麗。」
歲月荏苒，那些年少的時光一去不復返。後來皮埃爾和蘇菲都離開了小鎮，各自去了不同的城市學習、工作，青春在輾轉奔波中漸漸消逝。
終於，在一個寂寥的黃昏，皮埃爾和蘇菲在巴黎的街頭相遇了。此時，皮埃爾已經是一名英俊有為的青年了，擁有了自己的公司，身邊還有一位美麗能幹的未婚妻。蘇菲的外表沒有太多改變，只是多了幾分堅毅和滄桑，她告訴皮埃爾，大學畢業後自己成了一名昆蟲研究工作者。可能是因為經常在野外考察和搜集標本的緣故，她顯得皮膚黧黑，面容憔悴。
他倆像其他久別重逢的老朋友一樣敘舊，回憶到一些年少時的趣事，兩個人就會忍不住笑起來，他們也無限神往地談到了那些曾經見過的美麗蝴蝶。只是，與蝴蝶有關的承諾他們都不再提起。是啊，有誰會去守著年少時幼稚的幻想永遠生活下去呢，更何況生活會完全將一個人改變，皮埃爾默默地想。
分手的時候，蘇菲微笑著同他和他美麗的未婚妻道別。皮埃爾看著她的背影融入香榭麗捨大街沉沉的暮色中，心裡悵然若失。
兩個兒時的夥伴就這樣又開始像老朋友一樣交往。蘇菲似乎對昆蟲研究情有獨鍾，常常在世界各地奔波，他們見面的機會並不多。有時候，蘇菲會從不同的地方寄給他一些美麗的蝴蝶標本。看著它們，生活在城市鋼筋水泥叢林裡的皮埃爾覺得自己像回到童年—樣，又呼吸到了自然而溫暖的氣息。
就在皮埃爾準備結婚的那一年，蘇菲去了南美洲的崇山峻嶺，她要到那裡的山谷進行一個月的考察。臨走以前，她送給皮埃爾一張展覽會的門票，說是一個月後自己要在家鄉阿爾芒開一個蝴蝶展，希望他回去看一下。
然而，蘇菲再也沒有回來，她在一個名為蝴蝶谷的地方考察時失足摔下了山崖。據說，在她倒下的地方，有許多美麗的蝴蝶圍著她，久久不肯散去。
在法國昆蟲研究學會的安排下，蘇菲的蝴蝶展如期在阿爾芒舉行。皮埃爾帶著無盡的懷念和憂傷去看了那個展覽，只見展廳的櫥窗裡擺滿了各種各樣美麗的蝴蝶標本。所有的解說詞都是蘇菲生前早就寫好的。
在一個不起眼的角落裡，皮埃爾的目光定住了。那是一隻紫色的蝴蝶，在眾多的蝴蝶中並不特別引人注目，可是它卻有著最長的解說詞：愛情蝶。傳說中，它來到世間時是一隻醜陋的蟲蛹，一生要穿越無數高山和峽谷，直到變成最美麗的純紫色，為的是最後能和自己的伴侶雙宿雙飛。皮埃爾的心微微地動了一下，似乎預感到了什麼，他在解說詞的下面又看到了極小的一行字：我的人生夢想是變成一隻紫色的愛情蝶，在最美麗的時候和所愛的人在一起。
紫色的愛情蝶在皮埃爾的眼中模糊了起來。淚光中，他感到一切恍然如夢，多年前那個小泵娘天真的話語彷彿又在耳邊響起：「我一定要變得像蝴蝶一樣美麗。」現在，皮埃爾終於明白了：從一枚醜陋的蟲蛹變成一隻美麗的蝴蝶，那小小的生靈要經歷一種多麼痛苦而艱難的過程啊。可是，為了能和自己的最愛雙宿雙飛，它情願付出生命。