Catherine (Gwyneth Paltrow) a interrompu ses études pour soigner son père malade (Anthony Hopkins) qui, comme elle, est un mathématicien de génie. Lorsqu’il meurt, elle se rend compte qu’il a laissé derrière lui une une ébauche d’une découverte scientifique très importante. Avec l’aide d’un ancien étudiant de son père (Jake Gyllenhaal) elle essaie d’élucider ce puzzle. Elle se rendra également compte qu’elle a plus d’affinités avec son père que le seul génie mathématique