19世紀、パリ。ポーランド出身の若き女性研究者マリ・スクウォドフスカは、ソルボンヌ大学から性差別を受け、ろくに研究の機会を与えられないでいた。そんな中、同僚の科学者ピエール・キュリーと運命的な出会いを果たした彼女は、結婚してキュリー夫人となる。彼の支援で研究に没頭した彼女は、ラジウムとポロニウムという新しい元素を発見したことから夫婦でノーベル賞を受賞する。科学界を席巻するが、ふたりの幸せは長続きせず、夫は不慮の事故死を遂げてしまう──。さらに、彼女が発見したラジウムは癌細胞の治療に役立つ一方、核兵器としても利用されるようになり、彼女の苦悩は深まっていくのだった。
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