A história do filme é baseada no livro vencedor do Prêmio Pulitzer: Prometeu Americano: O Triunfo e a Tragédia de J. Robert Oppenheimer, de Kai Bird e Martin J. Sherwin.

Ambientado na Segunda Guerra Mundial, o longa acompanha a vida de J. Robert Oppenheimer (Cillian Murphy), físico teórico da Universidade da Califórnia e diretor do Laboratório de Los Alamos durante o Projeto Manhattan – que tinha a missão de projetar e construir as primeiras bombas atômicas. A trama acompanha o físico e um grupo formado por outros cientistas ao longo do processo de desenvolvimento da arma nuclear que foi responsável pelas tragédias nas cidades de Hiroshima e Nagasaki, no Japão, em 1945.