Während des Zweiten Weltkriegs übernimmt der Physiker J. Robert Oppenheimer (Cillian Murphy) die wissenschaftliche Leitung des streng geheimen „Manhattan“-Projektes. Unter Aufsicht von Lt. Leslie Groves (Matt Damon) nehmen Oppenheimer und sein Team im Los Alamos, New Mexico die Arbeit an der Entwicklung einer Nuklearwaffe auf. Niemand, auch der Physiker und seine Frau Kitty (Emily Blunt) nicht, können die Folgen dieser Entwicklung für die ganze Welt abschätzen. Nachdem die erste Atombombe erfolgreich in der Wüste gezündet ist, wird Oppenheimer zum „Vater der Atombombe“ gekürt. Es dauert nicht lange, bis seine Erfindung in Hiroshima und Nagasaki eingesetzt wird. Oppenheimer hat die Wirkung seiner Bombe massiv unterschätzt, er geht auf Abstand zu diesem Projekt, ihn plagen Gewissensbisse. Nach Kriegsende setzt er sich als Berater der US-amerikanischen Atombehörde für eine internationale Kontrolle von Kernenergie ein und spricht sich im beginnenden Kalten Krieg vehement gegen das Wettrüsten der Supermächte aus. Damit gerät er ins Visier des FBI – mit Auswirkungen auf seine Karriere.
Drehbuch- und Regie-Ikone Christopher Nolan (»Inception«, »Tenet«) bringt dem Publikum das Leben eines außergewöhnlichen Wissenschaftlers nahe, der die Zerstörung der Welt riskiert, in dem Glauben, sie so retten zu können.