Angesichts des zunehmenden Antisemitismus in Deutschland steht der berühmte Physiker Albert Einstein in den 1930er Jahren vor der Entscheidung, ob er mit seiner zweiten Frau Elsa in die USA fliehen oder aus Solidarität mit anderen jüdischen Akademikern bleiben soll. Dabei werden Erinnerungen an seine Zeit als junger, eigensinniger Student am Züricher Polytechnikum wach, an dem er seine erste große Liebe Mileva Mariß kennenlernte.

Nachdem Mileva Mariß, die einzige Frau ihres Jahrgangs am Polytechnikum in Zürich, zunächst mit Albert Einstein im Unterricht aneinandergerät, verliebt er sich schließlich dennoch in seine zielstrebige Kommilitonin. Doch während die leidenschaftliche Affäre ihre gemeinsame Neugier und ihre Liebe zur Wissenschaft befeuert, bleibt dies nicht unbemerkt unter dem strengen Auge des Physikdozenten Professor Weber.

Während er tagsüber am Berner Patentamt arbeitet, widmet sich Albert Einstein (Johnny Flynn) mit Unterstützung seiner Frau Mileva (Samantha Colley) privat verstärkt seiner Wissenschaft. In dieser schaffensreichen Zeit, die später als sein "Wunderjahr" bezeichnet wird, entstehen vier seiner wichtigsten Werke, darunter auch die spezielle Relativitätstheorie. Eine seiner Arbeiten weckt schließlich das Interesse des bekannten theoretischen Physikers Max Planck.

Wegen der Arbeit - und um näher bei seiner neuen Liebe Elsa (Emily Watson) zu sein - zieht Albert Einstein (Johnny Flynn) mit seiner Familie nach Berlin. Hier findet er endlich Zeit, sich seiner allgemeinen Relativitätstheorie zu widmen. Zusammen mit einem Astronomen möchte er eine Sonnenfinsternis in Russland fotografieren, doch die Expedition geht schief. Einsteins Affäre mit Elsa ist nicht so geheim wie die beiden gehofft hatten, und nun steht ihr Ruf auf dem Spiel. Elsa stellt ihm ein Ultimatum: Entweder, er lässt sich von Mileva scheiden, oder er verliert sie für immer.