旅行代理店ツアーコンダクター・今井良介が朝起きるとベッドに知らない女が寝ていた。その女を起こさないようにベランダに出て、友人である野上君章に電話をかけるところから物語は始まる。酔って記憶をなくした彼は昨夜、初対面で意気投合した神崎桃子を部屋に泊めていたのだが、桃子にも記憶がなく、目を覚ますなり一悶着となる。ノンフィクションライターを目指す桃子は、報われぬ恋に身をやつす友人・沢田香里に新しい恋を！と、仲間である浅倉千明や椎名美和子に言われ、取材をした相手に「友達を連れてきて」と合コンを申し込む。桃子から友達を誘うよう言われたのは大沢貞九郎。彼は学生時代からの友人である、今井良介と野上君章を誘い、待ち合わせの場所に向かう。良介と桃子の再会、君章にのめりこむ香里、両親の不仲の影響で女性を真剣に愛せない君章。そして香里を心配しながらも君章と同じ傷を持つ千明。その千明の孤独を心配する貞九郎。会えば喧嘩ばかりしている良介と桃子。それは近所のスーパーでも食堂でもコインランドリーでも、さまざまな場で繰り返されるが、驚くほど2人の好みはそっくりだった。不器用な千明は良介の明るさと、人に対する肯定的な思いに惹かれる。やがて2人は一夜を共にするが、何かが違うという思いがすぐに2人の間に広がっていく。「彼女はかわいそうな子なんだぞ」君章に言われた良介は言うのだった。「一番好きな人が誰なんか、やっとわかったんや」。嵐の夜、良介の告白がきっかけで、良介と桃子は結ばれる。けれど桃子にはアメリカ行きの話が持ち上がる。彼女の夢であるノンフィクションライターになることが叶うのだ。2人が離れてはだめだという千明の強い制止が桃子を迷わせるが、良介は彼女の背中を押すのだった。「行って来い。待っててやる」。一方、君章のつれなさにさんざん悩まされた香里はしたたかさを身につけていく。妊娠したといって彼に迫る同僚の女性の嘘を暴いて彼を助け、自分は君章の前に素敵な男性と共に表れる。君章は香里を抱きしめ、はじめて愛を誓うのだった。ひとりぼっちになった千明には貞九郎の存在が何よりの支えだった。栄転が決まった彼を「行かないでよ、貞ちゃん。あたし、貞ちゃんを好きになる」と千明は止める。桃子の歓送会には幸せそうな君章と香里、お見合いで結婚が決まって嬉しそうな美和子、そしてお揃いのエプロンをした千明と貞九郎の姿があった。桃子がアメリカに発つその日。良介の励ましで背筋を伸ばし、空港でちょっぴり強引なキスをして桃子は日本を発った。
初めての調合に一喜一憂したり、採取に出かけて青ぷにや緑ぷにに敗北したりしていた頃から1年。ロロナも腕を上げ、多少のドジを踏みつつも近くの森に大量発生した怪鳥ヴァルチャーを退治する王国依頼を達成し、それを苦々しく思う大臣メリオダスの思惑をよそに、ロロナのアトリエは2年目の運営に入っていた。しかしアトリエに対する人々の評価は上がっているものの錬金術に対する偏見は根強く、それを見かねたステルクの提案をきっかけに、ロロナとその仲間たちは人々に錬金術への理解を深めてもらおうと、12月の王国祭で錬金術を題材にした舞台劇を上演する計画を立てる。師匠アストリッドが考案した脚本は、 かつてアストリッドが子供の頃のロロナに何度も聞かせていた、聞くたびに結末が変化する不思議な物語『〈偉大な錬金術士〉のアトリエ』（マリーのアトリエ）を原作とした翻案作品。最終的には錬金術を極めて「賢者の石」を作り上げたとも、竜や魔王を退治して冒険者として活躍したとも、課題を達成できずに教師に激怒されるバッドエンドを迎えたとも言われる、落ちこぼれの錬金術士の少女の成長物語である。ロロナはその錬金術士の少女（マリー）役を、ステルクは意地悪な優等生（クライス）役、クーデリアは健気な親友（シア）役、イクセルは頼れる戦士（ルーウェン）役、リオネラは南国の女剣士（ミュー）役、タントリスは盗賊の首領（シュワルベ）役、ティファナは女教師（イングリド）役、エスティは販売員（アウラ）役、ハゲルは武器屋の親父役、その他ホム男、ホム女、コオル、ホロホロ、アラーニャらは妖精さん役、パメラはナレーション……といった配役が決まり、劇の準備と練習が始められる。ロロナとステルクは演技が得意ではなく、役作りに苦戦する。泡立つ水の採取のために水着を持って来たネーベル湖畔でアイディアを出し合ったり、匿名で劇の中止を要求するメリオダスからの脅迫状に恐怖したり、舞台演出に用いるアイテムを調合したり、王国依頼で王国祭に用いる大砲とたるの素材を準備したりしながら、ロロナは自分が演じる錬金術士（マリー）の偉大さに思いを馳せる。そんなある日、迂闊にもジオからのフレンドクエストの期日を破ってしまい自己嫌悪に陥っていたロロナは、ステルクが自分に対する陰口を言っている現場を見てしまう。更にアストリッドは脚本を最後まで完成させないまま旅に出てしまい、突き放されたと感じたロロナは落ち込む。しかし皆に励まされ支えられ、クエストの期日を守れるようスケジュールを練り直し、どうにか皆で作った脚本も完成して王国祭の日を迎えたロロナは、ステルクの陰口と思っていたものが、マリーを罵るクライス役の演技の練習であったと知って安堵する。舞台の幕が上がると、調合に失敗して爆発する場面を爆弾で再現したり、うにを投げて戦闘シーンを再現したり、冬の採取地を表現するために舞台を凍らせたりといった演出は好評を博し、病気で倒れたシアのため、マリーが困難なエリキシル剤の調合を決意して採取地に向かう場面での熱演は観客を惹きつける。メリオダスによる妨害で本物の盗賊とゴロツキの乱入があるものの、タントリスの機転で劇は破綻せず、仲間たち総出演の殺陣でこれを退ける。アドリブで進行していく劇の中、物語の中のマリーに自分を重ねたロロナは、「みんなを幸せにしたい」という自分自身の願いを見いだす。劇中のマリーはエリキシル剤の調合を成功させ、物語は無事に大団円を迎える。劇の最後はアストリッドの最後の意向で「実はクライスはマリーのことが好き」であることを打ち明ける告白で締めくくられ、王国依頼でロロナが献上した大砲による祝砲や花火が華を添える。最後に『〈偉大な錬金術士〉のアトリエ』の物語が、アストリッドがその師匠から聞かされていたもので、過去の錬金術士たちの物語が混ざり合ってマルチストーリー化したものであるという設定が明かされたり、その後日の様子などを描いたりしてから、アトリエの運営が3年目に入る場面で小説は終わる。