A film J. Robert Oppenheimer (Cillian Murphy) életútját követi, kezdve fiatal fizikuséveitől, amikor kvantummechanikai kutatásokat folytatott, egészen a Los Alamos-i atombomba-projekt vezetéséig.
Az amerikai kormány a második világháború alatt egy titkos programot, a Manhattan-tervet hozza létre, hogy megelőzze a nácikat az atomfegyver kifejlesztésében. Oppenheimer zseniális vezetőnek bizonyul, és tudósok százait irányítja az első nukleáris fegyver kifejlesztésében.
A Trinity-teszt sikeres robbantása után az atombombát bevetik Hiroshima és Nagasaki ellen, amely morális dilemmát okoz Oppenheimer számára. Bár eleinte hősnek tartják, később politikai ellenségek veszik célba. A hidegháborús paranoia felerősödésével kémkedéssel és kommunista szimpátiával vádolják, és biztonsági meghallgatásokon próbálják ellehetetleníteni.
A film egy drámai és gondolkodtató portré, amely megmutatja Oppenheimer zseniális elméjét, belső vívódásait és politikai bukását.