Eind negentiende eeuw studeert de briljante Poolse wetenschapper Marie Sklodowska (Rosamund Pike) in Parijs. Hier wordt ze verliefd op Pierre Curie (Sam Riley), een natuurkundige die - net als Marie zelf - te boek staat als lastig in de omgang. De twee doen revolutionaire ontdekkingen en introduceren het begrip radioactiviteit. Het echtpaar Curie wordt bekroond met een Nobelprijs, al krijgt Marie hiervoor minder erkenning dan Pierre. Na de tragische dood van haar man zet zij haar werk voort. Haar ontdekkingen veranderen de wereld zowel op medisch als militair vlak en tonen de kracht én het gevaar van de wetenschap.
