Em 1963, enquanto estudante de cosmologia na conceituada Universidade de Cambridge, no Reino Unido, Stephen (interpretado por Eddie Redmayne - “Os Miseráveis”) consegue grandes avanços e está determinado a encontrar uma “simples, eloquente explicação” para o Universo. O seu mundo expande-se quando se apaixona por Jane Wilde (Felicity Jones - "The Invisible Woman”), uma estudante de artes, também em Cambridge. Mas, aos 21 anos, este jovem saudável e ativo recebe um diagnóstico que vai abalar a sua vida: a degeneração dos neurónios motores vai atacar os seus membros e as suas capacidades, deixando-o com limitações de fala e movimento e terminando com a sua vida em dois anos. O amor, apoio incondicional e determinação de Jane são inabaláveis e os dois casam-se. Com a sua esposa a lutar incansavelmente a seu lado, Stephen recusa-se a aceitar o diagnóstico. Jane encoraja Stephen a terminar o seu doutoramento, que inclui a sua teoria inicial da criação do universo. Começam uma família e com o recém conseguido e altamente louvado doutoramento, Stephen embarca no seu mais ambicioso trabalho científico, estudando exatamente aquilo que lhe resta em pouca quantidade - o tempo. Com o seu corpo a enfrentar cada vez mais limitações, a sua mente continua a explorar as fronteiras da física teórica. Juntos desafiam todas as probabilidades, explorando novos caminhos na medicina e ciência, alcançando mais do que alguma vez poderiam ter sonhado - bem para lá do século XXI.
