Università di Cambridge, 1963. Stephen è un promettente laureando in Fisica appassionato di cosmologia, "la religione per atei intelligenti". Jane studia Lettere con specializzazione in Francese e Spagnolo. Si incontrano ad una festa scolastica ed è colpo di fulmine, nonché l'inizio di una storia d'amore destinata a durare nel tempo, ma anche a cambiare col tempo. Del resto il tempo è l'argomento preferito di Stephen, che di cognome fa Hawking, e lascerà il segno nella storia della scienza. In particolare, l'uomo persegue l'obiettivo scientifico di spiegare il mondo, arrivando ad elaborare la formula matematica che dia un senso complessivo a tutte le forze dell'universo: quella "teoria del tutto" che dà il titolo al film.

La contrapposizione di vettori riguarda anche le convinzioni ideologiche di Stephen e Jane: lui crede solo alle verità dimostrabili, lei nutre una profonda fede in Dio. James Marsh, regista premio Oscar per lo splendido documentario Man on Wire, sceglie una narrazione molto convenzionale per raccontare una storia eccezionale. Conscio della difficoltà di rendere appetibili al grande pubblico la decadenza fisica di un uomo e l'eccellenza accademica del suo cervello, Marsh sceglie la dolcezza come cifra narrativa principale del film, abbinata a quell'anelito per ciò che è magico, miracoloso ed inspiegabile, e ciò che permette alla natura umana di trionfare contro ogni logica e ogni teoria.