Nel 1934, Marie Curie crolla nel suo laboratorio a Parigi. Mentre viene portata di corsa all’ospedale, ricorda la sua vita. Nel 1893 fu spesso rifiutata per i finanziamenti a causa del suo genere, ma entrò in una partnership con Pierre Curie. Dopo che Marie scoprì il polonio e il radio, i due si innamorarono e si sposarono, avendo due figli. Presto, Marie annuncia la scoperta della radioattività, rivoluzionando la fisica e la chimica. Radium viene presto utilizzato in una serie di prodotti commerciali. Pierre porta Marie a una seduta spiritica dove radium viene usato per tentare di contattare i morti, ma Marie disapprova lo spiritualismo e l’idea di una vita dopo la morte di sua madre in Polonia.
Sebbene Pierre rifiuti la Légion d’honneur per non aver nominato Marie e insiste sul fatto che i due condividano congiuntamente il loro premio Nobel per la Fisica, Marie si agita per aver accettato il Premio a Stoccolma senza di lei. Poco dopo Pierre diventa sempre più malato di anemia a causa della sua ricerca e viene calpestato a morte da un cavallo. Anche se inizialmente respinge le preoccupazioni che i suoi elementi siano tossici, un numero crescente di persone muore a causa di gravi condizioni di salute dopo l’esposizione al radio. Depressa, inizia una relazione con il suo collega Paul Langevin. Anche se riceve la cattedra di Pierre alla Sorbona, la stampa nazionalista francese riporta i dettagli della sua relazione con Langevin e viene molestata da mafie xenofobe a causa delle sue origini polacche. Ritorna alla casa dove ha assistito alla seduta e in lacrime implora una donna che era lì per cercare di usare il radio per contattare Pierre. Quando riceve il premio Nobel per la chimica nel 1911, sfida le istruzioni del comitato di non recarsi a Stoccolma e viene accolta con entusiasmo.
Nel 1914, quando inizia la prima guerra mondiale, sua figlia Irene la convince a gestire un’unità a raggi X sul fronte occidentale per determinare se sia necessaria o meno l’amputazione per i soldati feriti; finanziano le unità diagnostiche a raggi X vendendo le sue medaglie d’oro del premio Nobel al governo. Irene inizia incontri Frederic Joliot, ma Marie disapprova del loro rapporto perché sono stati alla ricerca di radioattività artificiale e avverte Irene di non vedere lui o la radioattività di ricerca più. Anche se lei si rifiuta di obbedirle, vanno sul Fronte occidentale insieme per eseguire la macchina a raggi X.
Le scene della sua vita sono intrecciate con scene che ritraggono l’impatto futuro delle sue scoperte, tra cui la radioterapia a raggi esterni in un ospedale di Cleveland nel 1956, i bombardamenti atomici di Hiroshima e Nagasaki, un test di bomba nucleare in Nevada nel 1961 e il disastro di Chernobyl nel 1986. Mentre muore nel 1934, vede visioni di questi eventi prima di svegliarsi in una stanza d’ospedale. Pierre arriva e lasciano l’ospedale insieme. Il film conclude affermando che l’unità mobile dei Curie ha radiografato più di un milione di uomini durante la guerra “salvando innumerevoli vite”, che le loro ricerche sarebbero state utilizzate per creare la radioterapia e che i Joliot-Curies avrebbero scoperto la radioattività artificiale nel 1935.
Il film termina con la foto di Marie Curie alla Conferenza Solvay del 1927.