1934 bricht Marie Curie in ihrem Labor in Paris zusammen. Als sie ins Krankenhaus gebracht wird, erinnert sie sich an ihr Leben. 1893 wurde sie wegen ihres Geschlechts häufig abgelehnt, ging aber eine Partnerschaft mit Pierre Curie ein. Nachdem Marie Polonium und Radium entdeckt hatte, verliebten sich die beiden, heirateten und bekamen zwei Kinder. Bald kündigt Marie die Entdeckung der Radioaktivität an, die Physik und Chemie revolutioniert. Radium wird bald in einer Reihe von kommerziellen Produkten verwendet. Pierre bringt Marie zu einer Seance, in der Radium verwendet wird, um mit den Toten in Kontakt zu treten, aber Marie missbilligt den Spiritismus und die Idee eines Lebens nach dem Tod ihrer Mutter in Polen.
Obwohl Pierre die Légion d’honneur ablehnt, weil sie Marie nicht nominiert hat, und darauf besteht, dass die beiden gemeinsam ihren Nobelpreis für Physik teilen, wird Marie aufgeregt, dass er den Preis in Stockholm ohne sie angenommen hat. Bald darauf erkrankt Pierre infolge seiner Forschungen zunehmend an Anämie und wird von einem Pferd zu Tode getrampelt. Obwohl sie zunächst Bedenken zurückweist, dass ihre Elemente giftig sind, sterben immer mehr Menschen an schweren Gesundheitszuständen, nachdem sie Radium ausgesetzt wurden. Deprimiert beginnt sie eine Affäre mit ihrem Kollegen Paul Langevin. Obwohl sie Pierres Professur an der Sorbonne erhält, berichtet die französische nationalistische Presse über Details ihrer Affäre mit Langevin und sie wird aufgrund ihrer polnischen Herkunft von fremdenfeindlichen Mobs belästigt. Sie kehrt in das Haus zurück, in dem sie an der Seance teilgenommen hat, und bittet unter Tränen eine Frau, die dort war, zu versuchen, mit Radium Kontakt mit Pierre aufzunehmen. Als sie 1911 den Nobelpreis für Chemie erhält, widersetzt sie sich den Anweisungen des Komitees, nicht nach Stockholm zu reisen, und wird begeistert begrüßt.
1914, als der Erste Weltkrieg beginnt, überredet ihre Tochter Irene sie, an der Westfront ein Röntgengerät zu betreiben, um festzustellen, ob eine Amputation für verwundete Soldaten erforderlich ist oder nicht; Sie finanzieren die Röntgendiagnostikgeräte, indem sie ihre goldenen Nobelpreismedaillen an die Regierung verkaufen. Irene beginnt Dating Frederic Joliot, aber Marie missbilligt ihre Beziehung, weil sie künstliche Radioaktivität erforscht haben und warnt Irene, ihn nicht mehr zu sehen oder Radioaktivität zu erforschen. Obwohl sie sich weigert, ihr zu gehorchen, gehen sie gemeinsam an die Westfront, um das Röntgengerät zu betreiben.
Szenen aus ihrem Leben sind mit Szenen verwoben, die die zukünftigen Auswirkungen ihrer Entdeckungen darstellen, darunter die externe Strahlentherapie in einem Krankenhaus in Cleveland im Jahr 1956, die Atombombenabwürfe von Hiroshima und Nagasaki, ein Atombombentest in Nevada im Jahr 1961 und die Tschernobyl-Katastrophe im Jahr 1986. Als sie 1934 stirbt, sieht sie Visionen dieser Ereignisse, bevor sie in einem Krankenzimmer erwacht. Pierre kommt und sie verlassen zusammen das Krankenhaus. Der Film schließt mit der Feststellung, dass die mobile Einheit der Curies während des Krieges mehr als eine Million Männer geröntgt habe, „um unzählige Leben zu retten“, dass ihre Forschung zur Herstellung einer Strahlentherapie verwendet werden würde und dass die Joliot-Curies 1935 künstliche Radioaktivität entdecken würden.
Der Film endet mit Marie Curies Foto auf der Solvay-Konferenz 1927.