1903 erhält die Wissenschaftlerin Marie Curie (Karolina Gruszka) als erste Frau gemeinsam mit ihrem Mann Pierre (Charles Berling) den Nobelpreis für Physik. Nur kurze Zeit später, mit gerade Mitte dreißig und als junge Mutter zweier Kinder, verliert sie Pierre durch einen tragischen Unfall. Dennoch geht sie ihren Weg unerschütterlich weiter, setzt in einer von Männern dominierten Welt ihre gemeinsamen Forschungen alleine fort und erhält als erste Frau einen Lehrstuhl an der Pariser Sorbonne. Als sie sich dann, nach einer langen Zeit der Trauer um ihren geliebten Mann, in den verheirateten Wissenschaftler Paul Langevin (Arieh Worthalter) verliebt und sich auf eine Affäre mit ihm einlässt, löst sie einen heftigen Skandal aus. Denn just in dem Moment, als ihr der zweite Nobelpreis zuerkannt werden soll und die ehrwürdige Académie des sciences über die Aufnahme Marie Curies in ihren Kreis berät, klagt sie die Pariser Presse – auch auf Betreiben von Pauls rachsüchtiger Ehefrau – öffentlich als Ehebrecherin an. Im vollen Glanze ihres Ruhms wird Marie Curie zum Ziel übler Diffamierungen und muss bitterlich erfahren, wie unvereinbar Vernunft und Leidenschaft sein können.
Mit MARIE CURIE wirft Regisseurin Marie Noëlle einen sehr persönlichen Blick auf das bewegte Leben der zweifachen Nobelpreisträgerin. Sie konzentriert sich in ihrem Film auf die Jahre zwischen der Verleihung der beiden Preise, die für Marie Curie von tragischen Ereignissen wie dem Tod ihres Mannes und wissenschaftlichen Mitstreiters Pierre genauso geprägt waren wie von privaten und beruflichen Erfolgen und Niederlagen – und von einer großen neuen Liebe zu ihrem Kollegen Paul Langevin, die in einem öffentlichen Skandal mündete.