Gdy w Niemczech lat 30. antysemityzm osiąga punkt kulminacyjny, osławiony fizyk Albert Einstein (Geoffrey Rush) musi podjąć trudną decyzję – wyemigrować do Ameryki wraz z drugą żoną, Elsą (Emily Watson), czy pozostać w kraju w imię solidarności z innymi żydowskimi uczonymi. Trudna sytuacja wywołuje wspomnienia pierwszych lat studiów na Politechnice w Zurychu, podczas których poznał swoją pierwszą miłość, Milevę Marić.

Wskutek zawziętej dyskusji z Milevą, jedyną kobietą na wydziale Politechniki w Zurychu, młody Einstein zakochuje się w rezolutnej studentce. Płomienny romans w obojgu wzbudza ciekawość i miłość do nauki, przykuwając tym samym uwagę surowego mentora Einsteina – profesora Webera.

Einstein, świeżo upieczony absolwent, ledwo wiąże koniec z końcem. Zdobycie uznania za swoje niekonwencjonalne pomysły w świecie pełnym tradycji i zasad sprawia mu wiele trudności. Z czasem, dzięki protektoratowi zamożnych dyletantów, jest już niemal zdolny do utrzymania swojej ciężarnej żony w obliczu nieszczęścia.

Zatrudniony na etacie w urzędzie patentowym w Bernie Albert Einstein (Johnny Flynn) pracuje nocami przy wsparciu swojej żony Milevy (Samantha Colley). Opracowuje cztery publikacje, w tym tę dotyczącą ogólnej teorii względności. Okres ten zostanie zapamiętany jako „cudowny rok” w życiu Einsteina. Jedna z jego publikacji przyciąga uwagę wybitnego fizyka teoretycznego Maksa Plancka.

Sprawując obowiązki nauczyciela, Albert Einstein zaczyna smakować wymarzonego akademickiego życia. Dzięki opracowaniu teorii względności zyskuje uznanie wśród największych umysłów Europy. Zaniedbuje jednak obowiązki rodzinne. Ukojenie przynosi mu wizyta u dalszych krewnych, podczas której poznaje swoją kuzynkę Elsę.

Einstein przeprowadza się z rodziną do Berlina ze względów zawodowych, chce też być bliżej ukochanej Elsy. Tam próbuje dowieść słuszności swojej teorii. Werbuje astronoma, którego prosi o sfotografowanie zaćmienia w Rosji, jednak ekspedycja kończy się niepowodzeniem. Romans Einsteina zaczyna wychodzić na jaw, a Elsa stawia ultimatum – albo rozwiedzie się z Milevą, albo ją straci.

Wycieńczony Einstein, chcąc zapisać się na kartach historii, zostaje wystawiony na próbę. Zaczyna podupadać na zdrowiu. Widmo nadchodzącej wojny wpływa na relację z jego bliskim przyjacielem Fritzem Haberem. Dochodzi do konfliktu na tle politycznym. Naukowiec odmawia udziału w walce na rzecz Niemiec.

Albert Einstein i Elsa rozpoczynają nowe życie w Ameryce. Nie zapominają jednak o tych, którzy zostali. Choć fizyka kwantowa nadal nie daje mu spokoju, uwagę Einsteina odwraca rozszczepienie atomu w nazistowskich Niemczech. Gdy dochodzi do tragedii, naukowiec szuka pocieszenia w ramionach Rosjanki o niejasnych intencjach.

Po zrzuceniu bomby atomowej II wojna światowa zbliża się ku końcowi. U schyłku swojego życia Einstein pragnie zapobiec przyszłym konfliktom. Stając w obronie sprawiedliwości społecznej, odcina się od świata i relacji z synem Hansem Albertem. Usiłując ukończyć prace nad jednolitą teorią pola, Einstein nieprzerwanie poszukuje odpowiedzi na nurtujące go pytania, które być może pomogą mu pogodzić się z synem.