Passado no futuro em Londres, O Teorema Zero conta a história de Qohen Leth, um excêntrico génio de computadores atormentado com uma crise existencial.
Qohen vive isolado numa antiga igreja incendiada, à espera de um telefonema, convencido que este lhe dará as respostas que ele tanto procura. Ele trabalha num projeto misterioso, instruído por "Management", com o objetivo de resolver o teorema zero e descobrir a razão da existência - ou a falta dela - de uma vez por todas. Mas a sua solitária existência é interrompida pelas visitas da sensual Bainsley e de Bob, o filho prodígio do "Management". Entretanto, quando ele experimenta o poder do amor e do desejo é capaz de entender sua própria razão de ser.