Stephen Hawkingin 21-vuotisjuhlissa hän tapaa uuden ystävänsä Jane Wilden. Kaksikon välillä on vahva vetovoima ja Jane innostuu Stephenin puheista tähdistä ja maailmankaikkeudesta, mutta tajuaa, että Stephenissä on jotain pahasti vialla, kun hän yhtäkkiä huomaa, ettei pysty seisomaan. Sairaalassa pysyminen johtaa karmeaan diagnoosiin. Stephen sairastaa motoneuronitautia, eivätkä lääkärit odota hänen selviävän kahta vuotta pidempään. Stephen palaa Cambridgeen, jossa uusi lukukausi on alkanut ilman häntä. Mutta hän ei voi piiloutua tilansa todellisuudelta työn kautta, koska hän ei löydä aihetta Tohtorintutkinnolleen. Samalla kun hänen kollegansa heittäytyvät akateemiseen ja yliopistoelämään, Stephenin elämä näyttää joutuneen jäihin. Hän torjuu esimiehensä Dennis Sciaman avun ja vajoaa masennukseen. Vain Stephenin satunnaiset tapaamiset Janen kanssa ja usko häneen tuntuvat pitävän hänet pinnalla. Vallitseva teoria kosmologia tuolloin on Steady State, joka väittää, että maailmankaikkeus ei ollut alkua-se on aina ollut olemassa, ja aina tulee – ja Steady State hallitsee professori Fred Hoyle, selväkielinen Yorkshireman, ja yksi ensimmäisistä science TV asiantuntijat.
Stephen saa varhaisen välähdyksen Hoylen tekemästä tutkielmasta, joka on tarkoitus esitellä Royal Societyn luennolla. Hän käy laskelmat läpi, tunnistaa virheen ja kohtaa Hoylen julkisesti suurmiehen lopetettua puheensa. Riita aiheuttaa osastolla kohua, mutta mikä tärkeintä, se näyttää antavan Stephenille itseluottamusta päästä alkuun omassa työssään. Lähes samaan aikaan Stephenin esittelee uusi tapa ajatella aihettaan toinen fyysikko, Roger Penrose. Topologia on lähestymistapa, joka käyttää muodon käsitteitä yhtälöiden sijaan pohtiakseen maailmankaikkeuden luonnetta, ja tämä osoittautuu täydelliseksi työkaluksi Stephenille, jonka kirjoittaminen alkaa olla hyvin vaikeaa. Penrosen suuri intohimo on kuolevien tähtien kohtalo. Kun tähti tulee elämänsä päähän, se alkaa luhistua itseensä. Hänen laskelmansa kertovat jotain poikkeuksellista. Kuolevan tähden luhistuminen näyttää jatkuvan loputtomiin, kunnes tähti on äärettömän tiheä muodostaen avaruuteen mustan aukon. Penrosen mukaan mustan aukon ytimessä on jotain, jota tiedemiehet kutsuvat singulariteetiksi. Tämä johdattaa Stephenin Väitöskirjan aiheeseensa. Hän on aina ollut niggling skeptisismi vakaan tilan teoria, ja nyt hän voi alkaa nähdä tapa selittää vallankumouksellinen ja erittäin kiistanalainen ajatus, että maailmankaikkeus olisi voinut olla alku. Sciama on skeptinen mutta kannustava – iloinen nähdessään oppilaansa tulikuumana ja valmiina töihin. Samaan aikaan Stephenin kunto jatkaa heikkenemistään, hän kirjoittaa ja kävelee vaivalloisesti ja hänen puheensa alkaa sammaltaa. Nyt hän kuitenkin keskittyy energiaansa ja siirtyy Janen tuella uuteen vaiheeseen. Hän myös sitoutuu suhteeseensa vaimoonsa, pyytää tätä menemään naimisiin kanssaan ja osoittaa siten uhmaavaa päättäväisyyttä selviytyä hengissä.
Stephen alkaa mielensä tulessa selvittää Penrosen löydön seurauksia ja alkaa kotoutua singulariteetin ideaan. Merkittävällä oivalluksella-todellisella Eureka-hetkellä – hän kysyy itseltään: Mitä tapahtuisi, jos Penrosen matematiikkaa laskisi takaperin? Sen sijaan että jokin luhistuisi olemattomuuteen, mitä jos tyhjyys räjähtäisi joksikin? Entä jos tätä ei sovellettaisi tähteen vaan koko universumiin? Vastaus: maailmankaikkeus on voinut saada alkunsa alkuräjähdyksestä. Viimein Stefanus astuu kuumeisen akateemisen työn aikakauteen. Hän soveltaa Penrosen teoreemoja romahtavista tähdistä itse universumiin. Perustellen Sciama uskoa Häneen, Hän tuottaa tohtorin todellista brilliance ja syvällisiä vaikutuksia. Ainakin teoriassa alkuräjähdys olisi voinut tapahtua. Kaksi vuotta alustavan diagnoosinsa jälkeen Stephen ei ole vain vielä kovin elossa, vaan hänellä on ollut osansa suuressa tieteellisessä läpimurrossa, joka mullistaa tavan, jolla ajattelemme maailmankaikkeudesta. Nykyään tieteellinen konsensus on, että maailmankaikkeus sai alkunsa alkuräjähdyksestä: miljardeja vuosia sitten kosminen räjähdys toi olemassaoloon avaruuden ja ajan.
toisarvoinen, toisiinsa kietoutuva tarina seuraa erilaista, mutta toisiinsa kytkeytyvää tieteellistä etsintää. Hawkingin tietämättä, juuri kun häntä oltiin diagnosoimassa vuonna 1963, kaksi amerikkalaista tiedemiestä oli aloittamassa omaa tieteellistä tehtäväänsä. Heidän tutkimuksensa oli tuottaa kovaa näyttöä Hawkingin teoreettisen työn tueksi. Kohtaamme Arno Allan Penziasin ja Robert Woodrow Wilsonin hotellihuoneessa Tukholmassa vuonna 1978. Heitä haastatellaan löydöstään Nobelin fysiikanpalkinnon vastaanottamisen aattona. He kuvailevat, kuinka New Jerseyn yllä olevilla kukkuloilla he skannasivat radioteleskoopilla taivasta ja alkoivat havaita outoa radiosignaalia avaruudesta. Aikanaan nämä kaksi tiedemiestä tajusivat, että he olivat havainneet ensimmäisen, muinaisen räjähdyksen jättämän lämmön, joka oli luonut maailmankaikkeuden. He olivat löytäneet fyysiset todisteet alkuräjähdyksestä.