史蒂芬·霍金（埃迪·雷德梅恩飾）與簡(jiǎn)·王爾德（菲麗希緹·瓊斯飾）在劍橋大學(xué)舞會(huì)上相識(shí)，兩人因?qū)ξ膶W(xué)與科學(xué)的共同熱愛迅速相戀。霍金確診肌萎縮性側(cè)索硬化癥（ALS）后，簡(jiǎn)不顧家人反對(duì)與其結(jié)婚，并育有三個(gè)子女。在病情加速惡化、霍金逐漸失去行動(dòng)與語言能力的過程中，簡(jiǎn)始終承擔(dān)起照料家庭的重任，同時(shí)協(xié)助霍金完成劍橋大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)與理論物理系的研究工作。隨著霍金在學(xué)術(shù)領(lǐng)域取得突破性成就（包括奇點(diǎn)定理與黑洞輻射理論），兩人因長(zhǎng)期照顧壓力、宗教信仰差異及情感疏離產(chǎn)生不可調(diào)和的矛盾。最終，霍金與護(hù)理員伊萊恩·梅森組建新家庭，簡(jiǎn)則與合唱團(tuán)指揮喬納森·瓊斯結(jié)為連理。影片通過真實(shí)事件展現(xiàn)了這對(duì)特殊伴侶在疾病與榮耀夾縫中的情感變遷，以及個(gè)體生命對(duì)宇宙真理的永恒追尋。