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El antisemitismo llega al culmen en la Alemania de la década de 1930 y el famoso físico Albert Einstein (Geoffrey Rush) se debate entre buscar refugio en los Estados Unidos con su segunda esposa, Elsa (Emily Watson), o solidarizarse con sus colegas judíos. El dilema le recuerda sus días como testarudo estudiante en la Escuela Politécnica de Zúrich, cuando conoció a Mileva Marić, su primer amor.

Tras su encuentro con Mileva Marić (Samantha Colley), la única mujer en su clase de la Escuela Politécnica de Zúrich, Albert Einstein (Johnny Flynn) se enamora de ella. Aunque el apasionado romance aviva las llamas de la curiosidad y el amor por la ciencia de ambos, esta distracción no pasa desapercibida para el estricto profesor de física de Einstein, el profesor Weber.

El recién graduado Albert Einstein (Johnny Flynn) lucha por llegar a fin de mes mientras trata de hacerse con algún puesto académico en una comunidad científica que destaca por su rigidez, tradición y protocolo. Tras encontrar finalmente algunos empleos como tutor, ocurre la tragedia mientras trataba de dar un paso adelante para mantener a su esposa embarazada, Mileva (Samantha Colley).

Mientras trabaja durante el día en la oficina de patentes de Berna y con el apoyo de su mujer, Mileva (Samantha Colley), Albert Einstein (Johnny Flynn) trasnocha con cuatro investigaciones entre las que se encuentra la teoría de la relatividad especial, en lo que históricamente se considera su "año milagroso". Una de estas investigaciones llama la atención del eminente físico teórico Max Planck.

En sus nuevas labores docentes, Albert Einstein (Johnny Flynn) finalmente experimenta la vida académica que tanto ansiaba, mientras desarrolla su teoría de la relatividad general. Einstein saborea sus primeros éxitos entre las mentes científicas más reconocidas de Europa, pero descuida sus responsabilidades familiares. El único alivio viene de una visita a su familia, en la que conoce a su prima.

Tras mudarse con su familia a Berlín para trabajar y estar cerca de su nuevo amor, Elsa (Emily Watson), Einstein (Johnny Flynn) trata de demostrar la teoría general de la relatividad. Recibe la ayuda de un astrónomo para fotografiar un eclipse solar en Rusia, pero la expedición sale mal. El romance de Einstein sale a la luz y Elsa le da un ultimátum: divorciarse de Mileva o perderla para siempre.

Los intentos de un agotado Albert Einstein (Geoffrey Rush) por hacer historia en la ciencia se ponen a prueba por sus problemas de salud. Mientras tanto, el patriotismo fanático a las puertas de la guerra ha corrompido a uno de sus mejores amigos, Fritz Haber (Richard Topol) y los ha enfrentado. En el beligerante sentimiento alemán, Albert es el único científico que rechaza la llamada a las armas.

En el intento de huir a los Estados Unidos, Einstein (Geoffrey Rush) y su esposa Elsa (Emily Watson) descubren que el Departamento de Estado ha incautado sus visados debido a que las ideas de Einstein lo han puesto en el punto de mira del director del FBI J. Edgar Hoover (T. R. Knight). Pocos días antes de su marcha, Einstein debe convencer al embajador estadounidense de que no es ninguna amenaza.

Albert Einstein (Geoffrey Rush) y Elsa (Emily Watson) se asientan en EE. UU. mientras intentan salvar a aquellos que han dejado atrás. Aunque la física cuántica le sigue desconcertando, su atención se desvía debido a los avances de la Alemania nazi en la fisión nuclear. Cuando llega la tragedia, Einstein busca consuelo en los brazos de una mujer rusa cuyas intenciones no están claras.

Tras la bomba atómica y el final de la Segunda Guerra Mundial, Albert Einstein (Geoffrey Rush) asume el papel de ciudadano del mundo en su vejez. Tras ser vinculado con las armas nucleares, se sumerge en la culpa y orienta sus esfuerzos en evitar nuevas guerras. La inspiración vuelve cuando un joven vecino le pide ayuda con sus deberes y le recuerda la felicidad que una vez sintió con la ciencia.