NASA在2005年的时候发现了一个太阳系外的类地行星，并判断其上可能存在智慧生命。为了能与外星智慧生物接触，NASA启动“灯塔计划”，在夏威夷启用深空通信阵列基地，向其发射高功率信号进行试探。几年后，外星飞船不期而至。身处夏威夷的太平洋联合海军演习舰队受命进行接触。男主角海军中尉阿历克斯（泰勒·克奇 Taylor Kitsch 饰）所在的导弹驱逐舰及其他两艘军舰被作为侦查小队，受命接触外星舰船。却因此受到攻击，损失惨重。由于外星舰船展开的护盾原因，联合舰队的其他舰船无法实施支援，完全只能靠自己苦苦支撑。
霍金（埃迪·雷德梅恩 Eddie Redmayne 饰）和简（菲丽希缇·琼斯 Felicity Jones 饰）相识于一场舞会上，两人初次见面交谈甚欢，颇有一番相见恨晚的意味。之后，霍金大胆的邀请简参加舞会，二人以此为契机，陷入了热恋之中。
不幸的是，一次昏迷令霍金被确诊患上了罕见的肌萎缩性侧索硬化症（ALS），医生坦言他只剩两年的生命，被病魔折磨的霍金陷入了抑郁之中，然而简并没有因此而抛弃他，恰恰相反，几经波折之后，两人踏入了婚姻的殿堂，简还为霍金生下了一个活泼可爱的孩子。霍金的身体迅速的虚弱下来
