I 1963 møder astrofysikstudenten Stephen Hawking (Eddie Redmayne) Jane Wilde (Felicity Jones), en litteraturstudent ved Cambridge University, ved en fest, og de forelsker sig. Selv om han er  god til matematik og fysik, 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 til en forelæsning om et  sort hul, som inspirerer Stephen til om det kan have noget at gøre med universets skabelse. Han beslutter senere at hans tese skal handle om emnet «tid». Mens han undersøger sit emne begynder hans muskler at svækkes, som efterhånden fører til at han ofte mister balancen.