Em 1963, enquanto estudante de cosmologia na conceituada Universidade de Cambridge, no Reino Unido, Stephen consegue grandes avanços e está determinado a encontrar uma “simples, eloquente explicação” para o Universo. O seu mundo expande-se quando se apaixona por Jane Wilde, uma estudante de artes, também em Cambridge. Mas, aos 21 anos, este jovem saudável e ativo recebe um diagnóstico que vai abalar a sua vida: a degeneração dos neurónios motores vai atacar os seus membros e as suas capacidades, deixando-o com limitações de fala e movimento e terminando com a sua vida em dois anos. O amor incondicional e determinação de Jane são inabaláveis e os dois casam-se. Jane encoraja Stephen a terminar o seu doutoramento. Stephen embarca no seu mais ambicioso trabalho científico, estudando exatamente aquilo que pouco lhe resta - o tempo. Juntos desafiam todas as probabilidades, explorando novos caminhos na medicina e ciência, alcançando mais do que alguma vez poderiam ter sonhado.