I 1963 møter astrofysikkstudenten Stephen Hawking (Eddie Redmayne) Jane Wilde (Felicity Jones), en litteraturstudent ved Cambridge University, på en fest, noe som leder til at de to inngår et forhold. Selv om han er veldig godt i matematikk og fysikk er hans venner og professorer bekymret over at han ikke har et emne for sin tese. Stephen og hans professor, Dennis Sciama (David Thewlis), går på en forelesning om svarte hull som inspirerer Stephen til å spekulere i om de kan ha hatt noe å gjøre med universets skapelse og bestemmer seg senere for at tesen hans vil handle om emnet «Tid». Mens han undersøker emnet sitt begynner Stephens muskler å svekkes, noe som etter hvert leder til at han faller og slår seg i hodet. Han får vite at han har en motornevronsykdom, og at selv om hjernen hans vil være fult fungerende vil han snart miste kontroll over musklene sine, og at han ikke vil kunne gå, snakke, svelge, eller bevege mesteparten av kroppen sin. Han blir fortalt at han kun har to år igjen av livet sitt. Han stenger ute Jane, men hun gir han ikke opp…