1945年二戰(zhàn)末期，美國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在新墨西哥州秘密研制原子彈的過程中，物理學(xué)家羅伯特·奧本海默與軍方聯(lián)絡(luò)官保羅上校產(chǎn)生激烈理念沖突。前者堅(jiān)持科學(xué)探索應(yīng)受道德約束，后者強(qiáng)調(diào)軍事勝利高于一切。在洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室里，技術(shù)人員吉姆發(fā)現(xiàn)"胖子"钚彈存在設(shè)計(jì)缺陷，卻遭到軍方高層隱瞞真相的威脅。與此同時(shí)，奧本海默的妻子凱瑟琳作為化學(xué)專家，在協(xié)助測(cè)算輻射危害時(shí)目睹了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的慘狀。最終在三位一體核試驗(yàn)成功后，保羅上校強(qiáng)行啟動(dòng)"小男孩"和"胖子"的實(shí)戰(zhàn)部署程序。奧本海默望著廣島升起的蘑菇云陷入巨大痛苦，而凱瑟琳將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)秘密移交反戰(zhàn)組織。吉姆在東京灣目睹長(zhǎng)崎爆炸后，向軍方提交了辭職信。