Ausgezehrt und überarbeitet bricht die polnische Physikstudentin Marie Sktodowska (Greer Garson) in der Vorlesung von Professor Perot (Albert Bassermann) zusammen. Perot ist beeindruckt vom Talent und der Willenskraft seiner eifrigen Studentin und lädt die aufgrund finanzieller Nöte ausgehungerte Frau zum Essen ein. Perot vermittelt der fähigen jungen Wissenschaftlerin einen bezahlten Forschungsauftrag. Da die Räumlichkeiten in seinem Institut beschränkt sind, überredet Perot seinen Freund Dr. Pierre Curie (Walter Pidgeon), daß er Marie in seinem Labor eine kleine Ecke zur Verfügung stellt. Curie ist ein zerstreuter Gelehrter, der Frauen im Wissenschaftsbetrieb normalerweise mit kühler Ablehnung begegnet. Doch von Maries Scharfsinn und ihrer außerordentlichen wissenschaftlichen Begabung ist selbst er alsbald begeistert. Und nicht nur davon. Als Marie ihr Studium abschließt und nach Polen zurückkehren will, unterbreitet er ihr einen Heiratsantrag, den sie nach einigem Zögern annimmt. In der Zusammenarbeit mit ihrem Mann Pierre blüht Marie Curie als Wissenschaftlerin auf und entfaltet ihr ganzes Talent. Als der Labornachbar Dr. Becquerel (Reginald Owen) eines Tages von einer rätselhaften Strahlung berichtet, die sogar eine Fotoplatte im Dunkeln belichtet, hat Marie eine Eingebung ...
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