'מאדאם קירי' הוא סרט מסע המגולל את סיפורה של מארי קירי (רוזמונד פייק) משנות השבעים של המאה ה-19 ועד העידן המודרני דרך מערכות היחסים מרובות התשוקה שלה, התגליות המדעיות שעמדה בראשן והשלכותיהן בעבורה ובעבור העולם כולו. לאחר שמארי פוגשת את המדען פייר קירי (סם ריילי), השניים נישאים ויוצאים למסע אשר ישנה את פני המדע לנצח כאשר הם מגלים את תופעת הרדיואקטיביות. הגאונות של השניים הביאה לשינויים בקנה מידה עולמי, ופרס הנובל מזכה את הזוג בהכרה בינלאומית. זהו סיפור נועז המתאר את השפעתה והשלכותיה של עבודתם של השניים, שלימים תשנה את פני המאה ה-20.