En 1963, Stephen estudia Cosmología en la famosa Universidad de Cambridge y está decidido a encontrar una explicación sencilla y elocuente del origen del universo. Su mundo se abre de golpe cuando se enamora perdidamente de Jane Wilde, una alumna de la Facultad de Arte de Cambridge. Sin embargo, poco después de cumplir 21 años, recibe un terrible mazazo: le diagnostican un trastorno de la neurona motora que va a atacar sus piernas y brazos, y que va a afectar también a sus sentidos, lo que va a limitar su capacidad de hablar y moverse. Y peor aún, le dan dos años de vida. Gracias al amor que sienten el uno por el otro y a la autodeterminación y el apoyo de Jane, la pareja sale adelante y termina casándose. Con su esposa dispuesta a luchar a su lado, Stephen se niega a aceptar el diagnóstico. Jane le alienta a terminar el doctorado, que contiene su teoría inicial de la creación del universo. Tras tener a su primer hijo y ya con el doctorado, Stephen se lanza a estudiar el tiempo, algo con lo que él no puede contar. A medida que crecen sus limitaciones físicas, su mente se expande y sigue explorando los extremos más lejanos de la física teórica. Juntos, Jane y Stephen se enfrentan a lo imposible y abren nuevos caminos en la medicina y en la ciencia, lo que les permite llegar a límites insospechados.