I 1963 møter astrofysikkstudenten Stephen Hawking (Eddie Redmayne) Jane Wilde (Felicity Jones), en litteraturstudent ved Cambridge University, på en fest, noe som leder til at de påbegynner et forhold. Selv om han er svært god i matematikk og fysikk, er hans venner og professorer bekymret over at han ikke har et emne for sin tese. Stephen og hans professor, Dennis Sciama (David Thewlis), går på en forelesning om sorte hull som inspirerer Stephen til å spekulere i om de kan ha hatt noe å gjøre med universets skapelse. Han bestemmer seg senere for at tesen hans skal handle om emnet «tid».