Un meunier vit dans un moulin au bord du Dniepr avec sa fille Natacha. Le Prince est un visiteur fréquent au moulin : lui et Natacha s’aiment. Cependant, depuis quelque temps le Prince se fait rare. Le voilà qui arrive enfin, et Natacha l’accueille avec joie. Mais le Prince, s’il offre un bijou à Natacha et ne lui cache pas qu’il n’éprouve aucun plaisir à sa cour, est venu lui faire ses adieux : il doit épouser une femme de son rang. Natacha, qui était enceinte, se jette dans le fleuve après son départ.
Au mariage du Prince, un chant plaintif s’élève, parlant d’amour déçu, et trouble la fête. Le Prince reconnaît la voix de Natacha.
Douze ans plus tard, le Prince n’a pas trouvé le bonheur dans le mariage et délaisse sa femme. Un homme de la suite du Prince vient apprendre à la Princesse que le Prince n’est pas rentré mais est resté au bord du Dniepr.
C’est la nuit au bord du Dniepr, près du moulin maintenant en ruines. Des rusalki jouent dans le fleuve, sous la lumière de la lune, puis disparaissent à la vue du Prince. Celui-ci se rappelle les jours heureux d’autrefois, quand il venait rendre visite à Natacha au moulin. Mais voilà que surgit le meunier, que la douleur a rendu fou après la mort de sa fille et qui accable le Prince de reproches.
Natacha, qui s’était noyée dans le Dniepr, est devenue la reine de ses eaux. Bien qu’aimant toujours le Prince, elle veut se venger de lui et demande à sa fille d’entraîner son père le Prince au fond de l’eau.
Au bord du Dniepr, le Prince se remémore le bonheur qu’il a connu avec Natacha. Une rusalka émerge des flots, apprend au Prince qu’elle est sa fille, et lui demande de la suivre. La Princesse et une suivante, arrivées entre temps, ont beau chercher à le retenir, le Prince a entendu la voix de sa bien-aimée Natacha sous l’eau, et suit la petite rusalka dans le Dniepr.
Dans cet opéra, la rusalka Natacha est une jeune fille morte avant ses noces et qui veut se venger de l’homme qui l’a abandonnée. Elle est enceinte, mais le fruit de cette fécondité est la petite rusalka qui cause la mort du Prince.