Marie Curie se retrouve veuve et désemparée, mais décide néanmoins de reprendre les travaux entamés avec son époux. Elle s'impose dans les grands congrès internationaux.
Après l'accident qui cause la mort de Pierre, Marie est effondrée mais reprend les cours de son mari à la Sorbonne. Première femme à enseigner dans cette vénérable institution, elle force l'admiration de tous. Peu à peu, une idylle naît entre elle et un jeune physicien marié, Paul Langevin...