Physicienne-chimiste d’origine polonaise, Marie Skłodowska-Curie est une pionnière dans l’étude de la radioactivité. Elle travaille main dans la main avec son mari, Pierre Curie, pour développer la recherche sur le radium et ses applications médicales. Mais lorsque Pierre meurt dans un accident, Marie doit redoubler d’efforts pour se faire une place dans le milieu scientifique, particulièrement masculin et conservateur… Le film suit Marie Curie entre 1905 et 1911, les deux années où elle reçoit ses prix Nobel. Il retrace ainsi l’une des périodes les plus tumultueuses de sa vie.