Parfois, au moment de disparaître dans les flots, le soleil lance sur l'océan une ultime et brève fulgurance : ce fameux rayon vert qui, d'après une légende écossaise, confère à ceux dont il a frappé les yeux le pouvoir de voir clair dans les sentiments et les coeurs.
Alors que ses deux oncles et tuteurs, Sam et Sib Melvill, se proposent de la marier à un jeune savant de leurs relations, Aristobulus Ursiclos, la jeune Helena Campbell émet le souhait de contempler le rayon vert. Comment lui refuser ce voyage, au cours duquel, espèrent-ils, elle se laissera  convaincre d'accepter l'époux qu'on lui propose ? Ce qu'ils ne prévoient pas, c'est qu'un jeune artiste-peintre, Olivier Sinclair, va bousculer tous leurs plans.
Avec ce roman imprégné de ses souvenirs de voyage en Écosse, Jules Verne semble vouloir prendre ironiquement le contrepied du reste de son oeuvre. Ici, l'esprit positif et scientifique, incarné par l'ennuyeux et pédant Aristobulus, cède devant l'art, la rêverie, l'imagination poétique, dans une histoire d'amour contée en souriant.