A trama segue Marie Curie (Rosamund Pike) desde o momento inicial de suas pesquisas, quando conheceu o marido, Pierre (Sam Riley), até a morte da cientista. Ao longo da trajetória conhecemos as contribuições de Marie para a ciência, bem como elementos de sua vida pessoal e os problemas que ela teve de enfrentar por ser uma mulher em um ambiente profissional dominado por homens.
A direção de Marjane Satrapi (responsável por Persépolis e As Vozes) tenta nos manter imersos no processo mental de Curie, com cortes rápidos que nos mostram os vários processos e experimentos entrecortados com imagens de átomos ou outros elementos gráficos que ajudem a tornar acessível a compreensão do trabalho da protagonista. Já era esperado um certo nível de exposição dos diálogos para falar sobre o trabalho científico de Marie, mas o filme traz uma exposição em excesso até para falar da vida pessoal da personagem.