在戰爭陰云籠罩全球的1940年代，美國陸軍中將萊斯利·格羅夫斯（馬特·達蒙飾）力邀量子力學權威羅伯特·奧本海默（基里安·墨菲飾）主持曼哈頓計劃，領導洛斯阿拉莫斯實驗室團隊進行核武器研發。面對納粹德國的核威脅與時間賽跑，奧本海默在兩年內整合頂尖科學家完成技術突破。1945年7月，人類歷史上首枚原子彈試爆成功，隨之而來的兩朵蘑菇云加速了二戰終結。然而這位"原子彈之父"很快陷入道德困境，公開反對政府推動的氫彈研發計劃，并在戰后麥卡錫主義盛行時期遭受安全審查。昔日盟友轉而指控其泄露機密，私人生活與政治立場遭到全面調查。當權力博弈吞噬科學理想時，奧本海默不得不在聽證會上為畢生信念與清白尊嚴展開艱難抗辯。