En 1934, Marie Curie s’effondre dans son laboratoire à Paris. Alors qu’elle est transportée d’urgence à l’hôpital, elle se souvient de sa vie. En 1893, elle est fréquemment rejetée pour un financement en raison de son sexe, mais s’associe avec Pierre Curie. Après que Marie a découvert le polonium et le radium, les deux sont tombés amoureux et se sont mariés, ayant deux enfants. Bientôt, Marie annonce la découverte de la radioactivité, révolutionnant la physique et la chimie. Le radium est bientôt utilisé dans une série de produits commerciaux. Pierre emmène Marie à une séance où le radium est utilisé pour tenter de contacter les morts, mais Marie désapprouve le spiritisme et l’idée d’une vie après la mort de sa mère en Pologne.
Bien que Pierre refuse la Légion d’honneur pour ne pas avoir nommé Marie et insiste pour que les deux partagent ensemble leur Prix Nobel de Physique, Marie s’agite d’avoir accepté le Prix à Stockholm sans elle. Peu de temps après, Pierre devient de plus en plus atteint d’anémie à la suite de ses recherches et est piétiné à mort par un cheval. Bien qu’elle rejette d’abord les craintes que ses éléments soient toxiques, un nombre croissant de personnes meurent de problèmes de santé graves après une exposition au radium. Déprimée, elle entame une liaison avec son collègue Paul Langevin. Bien qu’elle reçoive la chaire de professeur de Pierre à la Sorbonne, la presse nationaliste française rapporte les détails de sa liaison avec Langevin et elle est harcelée par des foules xénophobes en raison de ses origines polonaises. Elle retourne à la maison où elle a assisté à la séance et supplie en larmes une femme qui était là d’essayer d’utiliser le radium pour contacter Pierre. Lorsqu’elle reçoit le prix Nobel de chimie en 1911, elle défie les instructions du comité de ne pas se rendre à Stockholm et est accueillie avec enthousiasme.
En 1914, au début de la Première Guerre mondiale, sa fille Irène la convainc de diriger une unité de radiographie sur le Front occidental afin de déterminer si une amputation est nécessaire ou non pour les soldats blessés; ils financent les unités de diagnostic par rayons X en vendant ses médailles d’or du prix Nobel au gouvernement. Irene commence à sortir avec Frederic Joliot, mais Marie désapprouve leur relation car ils ont fait des recherches sur la radioactivité artificielle et avertit Irene de ne plus le voir ni de rechercher la radioactivité. Bien qu’elle refuse de lui obéir, ils se rendent ensemble sur le front occidental pour faire fonctionner la machine à rayons X.
Des scènes de sa vie sont entrelacées avec des scènes illustrant l’impact futur de ses découvertes, y compris la radiothérapie par faisceau externe dans un hôpital de Cleveland en 1956, les bombardements atomiques d’Hiroshima et de Nagasaki, un essai de bombe nucléaire au Nevada en 1961 et la catastrophe de Tchernobyl en 1986. À sa mort en 1934, elle voit des visions de ces événements avant de se réveiller dans une chambre d’hôpital. Pierre arrive et ils quittent l’hôpital ensemble. Le film conclut en affirmant que l’unité mobile des Curies a radiographié plus d’un million d’hommes pendant la guerre » sauvant d’innombrables vies « , que leurs recherches serviraient à créer la radiothérapie, et que les Joliot-Curies découvriraient la radioactivité artificielle en 1935.
Le film se termine par la photo de Marie Curie à la Conférence Solvay de 1927.