En 1934, Marie Curie se derrumba en su laboratorio de París. Cuando la llevan de urgencia al hospital, recuerda su vida. En 1893 fue frecuentemente rechazada para recibir fondos debido a su género, pero entró en una asociación con Pierre Curie. Después de que Marie descubriera el polonio y el radio, las dos se enamoraron y se casaron, teniendo dos hijos. Pronto, Marie anuncia el descubrimiento de la radiactividad, revolucionando la física y la química. El radio se utiliza pronto en una serie de productos comerciales. Pierre lleva a Marie a una sesión de espiritismo donde el radio se usa para intentar contactar con los muertos, pero Marie desaprueba el espiritismo y la idea de una vida después de la muerte de su madre en Polonia.
Aunque Pierre rechaza la Legión de honor por no nominar a Marie e insiste en que los dos compartan conjuntamente su Premio Nobel de Física, Marie se inquieta porque aceptó el Premio en Estocolmo sin ella. Poco después, Pierre se enferma cada vez más con anemia como resultado de su investigación y es pisoteado hasta la muerte por un caballo. Aunque inicialmente rechaza las preocupaciones de que sus elementos son tóxicos, un número creciente de personas mueren por problemas de salud graves después de la exposición al radio. Deprimida, comienza una aventura con su colega Paul Langevin. Aunque recibe la cátedra de Pierre en la Sorbona, la prensa nacionalista francesa informa de los detalles de su aventura con Langevin y es acosada por turbas xenófobas debido a sus orígenes polacos. Regresa a la casa donde asistió a la sesión de espiritismo y suplica con lágrimas a una mujer que estaba allí para tratar de usar el radio para ponerse en contacto con Pierre. Cuando recibe un Premio Nobel de Química en 1911, desafía las instrucciones del comité de no viajar a Estocolmo y es recibida con entusiasmo.
En 1914, cuando comienza la Primera Guerra Mundial, su hija Irene la convence de dirigir una unidad de rayos X en el Frente Occidental para determinar si es necesario o no amputar a los soldados heridos; financian las unidades de diagnóstico de rayos X vendiendo sus medallas de oro del Premio Nobel al gobierno. Irene comienza a salir con Frederic Joliot, pero Marie desaprueba su relación porque han estado investigando la radioactividad artificial y advierte a Irene que no lo vea o investigue más la radioactividad. Aunque ella se niega a obedecerla, van al Frente Occidental juntos para hacer funcionar la máquina de rayos X.
Las escenas de su vida están entretejidas con escenas que representan el impacto futuro de sus descubrimientos, incluida la radioterapia de haz externo en un hospital de Cleveland en 1956, los bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki, una prueba de bomba nuclear en Nevada en 1961 y el desastre de Chernobyl en 1986. Al morir en 1934, ve visiones de estos eventos antes de despertar en una habitación de hospital. Pierre llega y salen del hospital juntos. La película concluye afirmando que la unidad móvil de los Curies radiografió a más de un millón de hombres durante la guerra «salvando innumerables vidas», que su investigación se utilizaría para crear radioterapia, y que los Joliot-Curies descubrirían radiactividad artificial en 1935.
La película termina con la foto de Marie Curie en la Conferencia Solvay de 1927.