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En 1891, Marie Sklodowska, âgée de 24 ans, déménage de Varsovie à Paris où elle trouve du travail dans le laboratoire du physicien Pierre Curie. Cette rencontre inoubliable, marquée par la passion amoureuse et celle de la science des molécules, va influencer également l'histoire de l'humanité. Au point de leur apporter une renommée mondiale et d'annoncer une nouvelle ère scientifique : l'ère nucléaire.

Paris, fin du XIXe siècle. Marie est une scientifique passionnée, qui a du mal à imposer ses idées et découvertes au sein d'une société dominée par les hommes. Avec Pierre Curie, un scientifique tout aussi chevronné, qui deviendra son époux, ils mènent leurs recherches sur la radioactivité et finissent par découvrir deux nouveaux éléments : le radium et le polonium. Cette découverte majeure leur vaut le prix Nobel et une renommée internationale. Mais après un tragique accident, Marie doit continuer ses recherches seule et faire face aux conséquences de ses découvertes sur le monde moderne...