Cuando el antisemitismo alcanza su punto álgido en la Alemania de los años treinta, el famoso físico Albert Einstein se ve obligado a tomar una decisión difícil: buscar refugio en Estados Unidos con su segunda mujer, Elsa o quedarse en el país como muestra de solidaridad con otros académicos judíos. Ante este dilema, recuerda su época de estudiante obstinado en la Politécnica de Zúrich, cuando conoció a su primer amor, Mileva Marić.

Después de impresionar a todos en las aulas, Einstein se enamora de Mileva Marić. Su aventura causa desaprobación.

Einstein lucha por apoyar a su mujer embarazada y conseguirle un puesto académico en un mundo rígido de tradiciones y protocolos.

Albert Einstein trabaja durante el día en la oficina de patentes de Berna, pero con el apoyo de su mujer, Mileva, dedica el resto del día y parte de la noche a redactar cuatro artículos, entre ellos la teoría de la relatividad especial, durante el que se conoce como su "año milagroso". Uno de estos artículos llama la atención de Max Planck, notable físico teórico.

Albert Einstein, con nuevas tareas docentes, logra por fin saborear la vida académica que siempre había anhelado y desarrolla su teoría de la relatividad general. Mientras disfruta de las primeras mieles del éxito entre los científicos más reconocidos de Europa, como Carl Jung y Marie Curie, Einstein descuida sus responsabilidades familiares. Su único alivio lo obtiene durante una visita a sus parientes, cuando se reencuentra con su prima Elsa.

Después de trasladarse con su familia a Berlín, por trabajo y para estar más cerca de su nuevo amor, Elsa, Albert Einstein se dispone a demostrar su teoría de la relatividad general. Pide ayuda a un astrónomo para fotografiar un eclipse de sol en Rusia, pero la expedición fracasa. Su aventura extramatrimonial es menos discreta de lo que él y Elsa creían, y con su reputación en juego, Elsa le plantea un ultimátum: o se divorcia de Mileva o la perderá definitivamente.

Exhausto y abatido, Albert Einstein ve peligrar su ambición de hacer historia a causa de los problemas graves de salud que empieza a sufrir. Mientras, el patriotismo que ha surgido tras la guerra ha corrompido a uno de sus mejores amigos, Fritz Haber, lo que los lleva a enfrentarse en una confrontación de ideales. En pleno esfuerzo de guerra alemán, Albert es el único científico que rechaza la llamada a las armas.

Cuando intentan huir a los Estados Unidos impulsados por el ascenso de los nazis, Albert Einstein y su mujer Elsa descubren que sus visados han sido bloqueados por el Departamento de Estado a causa de la postura política de Einstein, que ha llamado la atención del director del FBI, Edgar Hoover. Pocos días antes de su viaje, Einstein tiene que convencer al cónsul estadounidense en Alemania de que no supone ninguna amenaza para el país.

Albert Einstein y Elsa se instalan en Estados Unidos y tratan de ayudar a los que han quedado en Alemania. Aunque la física cuántica sigue interesándole, la división del átomo en la Alemania nazi llama su atención. Cuando ocurre una tragedia, Einstein busca consuelo en brazos de una rusa que tiene intenciones poco claras.

La Segunda Guerra Mundial termina con el lanzamiento de la bomba atómica. Albert Einstein asume el rol de ciudadano del mundo en su última etapa vital. Sintiéndose culpable por su relación con las armas nucleares, centra todos sus esfuerzos en evitar nuevas guerras y sigue tratando de obtener una imagen completa de las leyes de la física. Recupera la inspiración gracias a un vecino que le pide ayuda con los deberes y le hace recordar lo mucho que él mismo disfrutaba con la ciencia en su juventud.