Der gesamte Aufbau der Erzählung ist im Wesentlichen das Werk des auktorialen Erzählers, der selbst in Erscheinung tritt und sich als Autor zu erkennen gibt. Als solcher verfügt er sowohl über das innere als auch über das äußere Geschehen und kann daher zwischen den Erzählperspektiven wechseln (s.u.).
Der Erzähler bestimmt die Reihenfolge und Struktur des Textes und spricht sogar über diese Arbeit. Aus eigenem Ermessen heraus beginnt der Erzähler nicht mit einer herkömmlichen Narration, sondern mit schriftlichen Figurenäußerungen in Form von Briefen. Diese montiert er kommentarlos hintereinander und stellt sie der eigentlichen Narration voran. Die Briefe umfassen ca. 40% des gesamten Textes.
Hierarchisch gesehen, ist die wörtliche Rede der Figuren dem eigentlichen Erzähltext untergeordnet und wird gewöhnlich in diesen eingebunden. Die Voranstellung der Briefe wirkt daher ungewöhnlich und befremdlich. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, inwiefern die Briefe einer klassischen Exposition entsprechen. Zwar liefern sie wichtige Hinweise zu der Vorgeschichte und den Hauptfiguren, bleiben aber in der Sichtweise Nathanaels und Claras verankert (siehe dazu Abschnitt „Aufbau“).
Analysiert man den Aufbau unter erzähltechnischen Gesichtspunkten, so lassen sich eine Figurenerzählung (die Figuren berichten vom Geschehen) und eine Matrixerzählung (Erzähler berichtet vom Geschehen) unterscheiden. Der Figurenbericht findet sich in den drei vorangestellten Briefen Nathanaels und Claras wieder. Der Erzählerbericht ist dem übrigen Teil zuzuordnen.
Der Erzähler selbst behauptet, sich beim Verfassen des Werkes gegen eine der üblichen Einleitungen entschieden zu haben: „Ich beschloss,[…] gar nicht anzufangen. Nimm, geneigter Leser! Die drei Briefe, welche Freund Lothar mir günstigt mitteilte […].“ (S. 19). Die Mitteilung durch seinen Freund Lothar soll den authentischen Charakter der Briefe suggerieren. Demnach wäre der Erzähler lediglich der Herausgeber, nicht jedoch der Verfasser der Briefe. Das Wort „mitteilte“ könnte jedoch auch die mündliche Überlieferung Lothars und die anschließende Verschriftlichung durch den Erzähler nahelegen.
Die Geschichte von Nathanael selbst liegt zum Zeitpunkt des Erzählens bereits in der Vergangenheit. Die Zeitform der Erzählung ist das Präteritum. Der Erzähler versucht, eine Verbindung zu dem Leser herzustellen. Das Vorhaben wird auch daran deutlich, dass er die Figur Nathanael so präsentiert, dass sie Identifikationspotenzial für den Rezipienten bietet. Erst nach der Vorstellung des bemitleidungswürdigen Protagonisten Nathanael und von der anderen Hauptfigur Clara widmet sich der Erzähler der eigentlichen Geschichte. Diese beginnt dann mit Nathanaels im dritten Brief angekündigten Aufenthalt bei Lothar und Clara (vgl. S.21f.).
Der Aufenthalt wird vor allem durch den Konflikt zwischen Nathanael und Clara geprägt, der in dem Vortrag des Gedichtes von Nathanael seinen Höhepunkt erreicht (vgl. S.24). Nach dem verhinderten Duell zwischen Lothar und Nathanael und der Versöhnung aller drei Figuren erfolgen ein Absatz und ein Zeitsprung.
Nathanael befindet sich nun wieder an seinem Studienort. Er kauft bald ein Objektiv vom Wetterglashändler (S.27f.) und beobachtet Olimpia durch dieses das erste Mal. Dann nimmt sein Schicksal seinen Lauf.
Der Erzähler zieht sich im Verlauf zurück, konzentriert sich vor allem auf die Beschreibung von Nathanaels Innenleben (vgl. S.28f.). Er unterbricht die Handlung das erste Mal dann wieder dadurch, dass er auf Clara und Lothar aufmerksam macht, die Nathanael zu dem Zeitpunkt wegen Olimpia völlig ausgeblendet hat: „Nathanael hatte rein vergessen, dass es eine Clara in der Welt gebe“ (S.35).
Es erscheint so, als wähle der Erzähler vor allem zentrale Ereignisse aus dem Leben Nathanaels aus, die er an den Leser vermittelt (Briefe, Duell mit Lothar, Fest beim Professor Spalanzani, Tanz mit Olimpia…). Es ist ein episodenhaftes Erzählen. Immer nur einzelne Lebensabschnitte werden detailliert beleuchtet und teilweise sogar zeitdeckend erzählt. Es wird sich nicht darum bemüht, die komplette Biografie des Protagonisten nachzuvollziehen.
Der Perspektivwechsel sowie das damit einhergehende Verhältnis zwischen Subjektivität und Objektivität sind ein zentrales Thema der Novelle. Dies spiegelt sich auch in der Erzähltechnik wider.
Die in der Ich-Form geschriebenen einleitenden Briefe vermitteln die subjektiven Eindrücke der jeweiligen Verfasser. Dabei fungiert der Adressat als Mittler zwischen dem Leser und den schreibenden Figuren. Unter dem Vorwand, beispielsweise an Lothar zu schreiben, wird dem Leser ein Einblick in das Innenleben des Briefeschreibers vermittelt. So erhalten die Nachrichten eine besonders persönliche Note und scheinen nahe an der schreibenden Figur zu sein.
Prägnant für die Gestaltung der Briefe sind die fehlende Datierung sowie das Weglassen einer Anrede („Lieber Lothar“), wie dies in bekannten Briefromanen (z.B. Goethes »Die Leiden des jungen Werther«) der Fall ist.
Mit dem im zweiten Hauptteil auftretenden Erzähler setzt ein Bruch in der Erzählweise ein. Es fällt auf, dass der Erzähler verschiedene Erzählhaltungen einnimmt, also multiperspektivisch erzählt. Er beginnt in der Ich-Perspektive, indem er sich als Autor zu erkennen gibt und sich direkt an den Leser wendet: „Seltsamer und wunderlicher kann nichts erfunden werden, als dasjenige, was sich mit meinem armen Freunde, dem jungen Studenten Nathanael, zugetragen, und was ich dir, günstiger Leser! Zu erzählen unternommen.“ (S. 17/18). Die Ich-Haltung gibt alle Informationen wieder, die den Erzähler selbst betreffen: Seine Schwierigkeiten beim Verfassen der Geschichte, seine persönliche Beziehung zu den Figuren, seine inneren Bilder etc.
Zwischenzeitig jedoch erfolgt ein Wechsel in die personale Erzählperspektive. Diese Erzählhaltung ist insbesondere für die Wiedergabe der subjektiven Perspektive Nathanaels von entscheidender Bedeutung: „Der Professor Spalanzani schritt langsam durch den leeren Saal, seine Schritte klangen hohl wider und seine Figur, von flackernden Schlagschatten umspielt, hatte ein grauliches gespenstisches Ansehen.“ (S. 33). Wiederholt versetzt sich der Erzähler in die Lage des Protagonisten und schafft so eine unmittelbare Nähe zum Geschehen. Die Informationen des Lesers werden auf die Wahrnehmung Nathanaels reduziert. Somit bleibt unklar, ob es sich um Wahnvorstellungen oder um reale Ereignisse handelt.
Mitunter nimmt der Erzähler auch eine neutrale Erzählhaltung ein. Dabei gibt er das Geschehen unkommentiert und wertfrei wieder und zieht sich aus der Figurenperspektive zurück: „Damit klarer werde, was gleich anfangs zu wissen nötig, ist jenen Briefen noch hinzuzufügen, dass bald darauf, als Nathanaels Vater gestorben, Clara und Lothar, Kinder eines weitläufigen Verwandten, der ebenfalls gestorben und sie verwaist nachgelassen, von Nathanaels Mutter ins Haus genommen wurden.“ (S. 19).