Tarina sijoittuu Napoliin ja kertoo tarinan kahdesta nuoresta miehestä, Ferrandosta ja Guglielmosta, jotka ovat rakastuneet kahteen sisarukseen, Fiordiligiin ja Dorabellaan. Miehet ovat vakuuttuneita, että heidän rakkaansa ovat uskollisia, mutta vanhempi ystävä Don Alfonso haastaa heidät vetoon. Hän vetoaa voivansa saada naiset rakastumaan muihin miehiin.
Don Alfonson suunnitelmaan kuuluu saada Ferrando ja Guglielmo teeskentelemään sotaan. Heti kun he lähtevät, hän esittelee naisille kaksi uutta miestä, Donatin ja Iocanen. Miehet kosistelevat naisia, ja aluksi he vastustavat heidän edistymistään. Ajan myötä ne alkavat kuitenkin heiketä.
Lopulta Ferrando ja Guglielmo palaavat sodasta. He ovat järkyttyneitä ja särkyneitä huomatessaan, että heidän morsiamensa ovat olleet uskottomia. Don Alfonso kuitenkin paljastaa, että koko juttu oli temppu. Hän halusi näyttää miehille, että naiset eivät aina ole niin uskollisia kuin miltä näyttävät.
Cosi fan tutte on koominen ooppera, mutta sisältää myös tragedian elementtejä. Hahmot joutuvat vaikeiden valintojen edessä, ja heidän on lopulta päätettävä, mikä on heille tärkeintä. Ooppera tutkii rakkautta, uskollisuutta ja ihmissuhteiden luonnetta.