촉망받는 물리학도 스티븐 호킹(에디 레드메인)은 신년파티에서 매력적이고 당찬 여인 제인 와일드(펠리시티 존스)와 마주친다. 이미 정해진 운명이었던 것처럼 두 사람은 첫 만남에 서로에게 빠져든다. 물리학도와 인문학도, 천재적이지만 괴짜 같은 남자와 다정하지만 강인한 여자, 두 사람은 완벽한 커플로 사랑을 키워나간다. 하지만 영원히 행복할 것 같았던 두 사람 앞에 모든 것을 바꿀 사건이 일어난다. 시한부 인생, 2년. 스티븐은 점점 신발 끈을 묶는 게 어려워 지고, 발음은 흐릿해지고, 지팡이 없이는 걷는 것 조차 힘들어져 갔다. 과학자로서의 미래와 영원할 것 같은 사랑, 모든 것이 불가능한 일이 되어 버렸다. 희망조차 사라진 순간 스티븐은 모든 것을 포기하려 하지만 제인은 그를 향한 믿음과 변함없는 마음을 보여주고 그의 곁에서 그의 삶을 일으킨다. 삶의 모든 것을 바꾼 기적 같은 사랑 이야기가 지금 시작된다.