Paris, Ende des 19. Jahrhunderts: Marie Skłodowska (Rosamund Pike) hat es nicht leicht in der akademischen Männerwelt der Universität Sorbonne, denn sie ist nicht nur eine Frau, sondern lässt sich von ihren männlichen Kollegen auch nicht unterkriegen. Nur der ebenfalls an der Universität forschende Pierre Curie (Sam Riley) ist fasziniert von seiner aus Polen stammenden Kollegin. Die beiden kommen sich näher, heiraten, forschen gemeinsam und erhalten im Jahr 1903 schließlich den Nobelpreis für Physik, für ihre bahnbrechenden Entdeckungen. Als Pierre unerwartet stirbt, wird Maries Leben dadurch beinahe aus der Bahn geworfen, doch sie gibt nicht auf und kämpft weiter für ein selbstbestimmtes Leben und für ihre Forschung, deren Auswirkungen auf die Zukunft sie nur erahnen kann...