霍金（埃迪·雷德梅恩 Eddie Redmayne 饰）和简（菲丽希缇·琼斯 Felicity Jones 饰）相识于一场舞会上，两人初次见面交谈甚欢，颇有一番相见恨晚的意味。之后，霍金大胆的邀请简参加舞会，二人以此为契机，陷入了热恋之中。　　不幸的是，一次昏迷令霍金被确诊患上了罕见的肌萎缩性侧索硬化症（ALS），医生坦言他只剩两年的生命，被病魔折磨的霍金陷入了抑郁之中，然而简并没有因此而抛弃他，恰恰相反，几经波折之后，两人踏入了婚姻的殿堂，简还为霍金生下了一个活泼可爱的孩子。霍金的身体迅速的虚弱下来，与此同时，他在学术研究上却取得了一个又一个成就。为了照顾霍金，简心甘情愿成为了他“背后的女人”，但是，这也恰恰成为了两人幸福婚姻里的第一道裂缝。

二战期间，英国姑娘夏洛特（凯特•布兰切特 Cate Blanchett 饰）与法国飞行员彼特一见钟情，两人很快堕入了爱河。然而厄运降临，皮特驾驶的飞机被德军击落了，从此下落不明。为了寻找爱人，夏洛特改名换姓来到了前线——法国南方。在那里，她加入了法国地下抵抗组织，邂逅了地下组织的骨干朱利安（比利•克鲁德普 Billy Crudup 饰）。于是，夏洛特对外的身份就是朱利安的管家，暗地里和他一起从事地下抵抗活动，她在行动中英勇坚强，拯救了许许多多被纳粹迫害的犹太人。夏洛特和朱利安的日久相处中，两人渐渐产生了一份情愫……1942 年，年轻的苏格兰人夏洛特·格雷 (Charlotte Gray) 乘火车前往伦敦，去一家外科诊所工作。理查德·坎纳利 (Richard Cannerley) 走进她的包厢，询问有关她生活的问题，并对她能说流利的法语表示兴趣。他给了夏洛特一张名片，上面写着新书发布会的详细信息。在那里，他将夏洛特介绍给他的一些熟人，并要求她稍后与他联系。夏洛特在派对上认识了 英国皇家空军 飞行中尉彼得·格雷戈里，两人在战时很快就产生了恋情。坎纳利已为SOE招募了夏洛特。她被借调到急救护理义勇队，军衔为驾驶员。她完成了严格的国有企业培训。夏洛特得知格雷戈里的飞机在被占领的法国上空坠毁，并且他在行动中失踪。夏洛特报名参加了法国的国有企业业务，部分原因是她希望找到他。夏洛特到法国的第一个任务是运送无线电真空管。她乘降落伞降落。她在一家咖啡馆遇见了联系人，但联系人在她面前被警察逮捕。朱利安是夏洛特在法国抵抗运动中的主要联系人，他重新指派她担任夏洛特父亲莱瓦德的管家。两名法国犹太男孩安德烈和雅各布的父母被驱逐到纳粹占领的波兰的德国集中营后，莱瓦德藏匿了他们。夏洛特参加了抵抗组织的任务：帮助炸毁一列载有纳粹武器和士兵的火车。纳粹将自己的部队和装甲车带到村庄，镇压该地区的抵抗运动。夏洛特的 SOE 联系人告诉她，格雷戈里在他的飞机被击落后去世。一名法国官员前来与德国人合作，确保满足驱逐犹太人的配额。村里的校长雷内奇跟踪夏洛特。他得知莱瓦德藏匿了犹太儿童。他威胁夏洛特，除非她同意成为他的“朋友”，否则就把这些男孩举报给纳粹。她答应第二天晚上会见他。那天晚上，朱利安的抵抗组织遭到了手持机枪的德国士兵的伏击。除了朱利安之外，所有人都被杀了。朱利安相信夏洛特背叛了他们，第二天在他父亲的家里与她对峙。不久之后，德国士兵带着雷内奇和法国官员来到莱瓦德的家。他们向他询问他的犹太血统，雷内奇显然告诉了他这一点。雷内奇告诉朱利安他必须背叛他的父亲或孩子们（雷内奇不在乎是哪一个）。朱利安宣布他的父亲有一位犹太祖父母，这意味着他本人也有犹太血统。德国人逮捕了莱瓦德，他理解朱利安因为只有1/8犹太人而没有资格被驱逐出境，他的行动是为了保护男孩们。不管怎样，雷内奇背叛了孩子们。德国人在夏洛特赶到并抓住男孩们之前到达了他们的新藏身之处。朱利安在雷内奇的公寓里等待并开枪打死了他。朱利安前往法国南部，也许是为了逃往其他地方作战。夏洛特拒绝和他一起去，说她还有任务要履行。当他说他甚至不知道她的真名时，夏洛特只是笑了笑。夏洛特躲避法国警察，冲到莱瓦德家，匆匆打了一封信，然后把它带到火车站，犹太人正被装进运牛车。听到男孩们和莱瓦德的声音，夏洛特把信推到了车板之间。莱瓦德向男孩们大声朗读这封信：它据称是父母的一封信，鼓励他们互相关心、吃得好、生存并提醒他们父母的爱。尽管电影表明莱瓦德和犹太男孩注定要灭亡，但福克斯的小说明确指出他们死在集中营中。一段时间后，夏洛特离开法国返回伦敦。事实上，彼得·格雷戈里在飞机失事中幸存下来，一直躲藏在法国，他联系了她，希望恢复他们的浪漫关系。夏洛特解释说，她为他感到悲伤，无法回到他们的浪漫关系。战争结束后，夏洛特回到朱利安以前的父亲家。她第一次告诉他她的真名是夏洛特·格雷。