蘇聯能在如此短的時間內造出原子彈，全靠一個女人，瑪加麗塔·科涅庫娃，她憑藉着自己的美麗的外表和出色的外交手段，俘獲的愛因斯坦的芳心，從而竊取了美國研製原子彈和發展高能物理的絕密情報。
瑪加麗塔本來是一個藝術家的妻子，在1924隨丈夫以學者的身份定居美國，但是她還有另一個重要的身份，就是代號盧卡斯的克格勃女間諜，潛伏在美國，隨時準備出動。
1940年愛因斯坦爲了逃避納粹的迫害來到美國，普林斯頓大學邀請瑪加麗塔丈夫科涅庫夫爲愛因斯坦塑一個雕像，得知這個消息，瑪加麗塔的上司當即要求她藉此機會與愛因斯坦結識。那一年瑪加麗塔39歲，愛因斯坦56歲。因爲瑪加麗塔的祖國蘇聯也在受着納粹的侵害，讓同樣被迫害屠殺的猶太人愛因斯坦惺惺相惜，兩個人一同加入反戰和平委員會，關係一天天逐漸密切。
在當時愛因斯坦的夫人已經去世，在瑪加麗塔的有意無意的勾引下，生活苦悶愛因斯坦老房子着火再也剋制不住自己開始對瑪加麗塔展開了瘋狂的追求，最美的鮮花，最豐盛的海鮮大餐都不能觸動這個美女，原來這個美女最愛的是搞科研，學習物理。正常的男人到這裏都會奇怪吧，哪有女人不愛衣服包包，反而會喜歡牛頓第一定律。但是愛因斯塔被愛情衝昏了頭腦，大喜若狂，以爲找到了知己，強烈要求普林斯頓大學把她聘爲自己的助手。蘇聯要研發原子彈，除了通過參與“曼哈頓”計劃的科學家獲取情報外，從愛因斯坦這個世界上最智慧的大腦知曉開發原子彈的原理纔是最近的捷徑。
但是平時的旁敲側擊並不能得出太多關於原子彈的資料，在美國投放胖子和小男孩後，克格勃向瑪加麗塔下了最後通牒，如果她再撬不開愛因斯坦的嘴巴，她在蘇聯的家人都會祕密消失。瑪加麗塔想到自己的家人，知道克格勃的無情，無奈只能向愛因斯坦表露心聲，失聲痛哭。愛因斯坦在看到日本被原子彈轟炸後一直沉浸在深深的自責中，在加上情人的苦苦哀求，愛因斯坦明白爲了全人類的和平，不能讓美國壟斷核技術，只能依靠蘇聯的牽制，才能遏制核戰爭。於是他把研究資料給了瑪加麗塔。
瑪加麗塔終於要走了，愛因斯坦苦苦的挽留，但是兩人都知道這是無用的，這一別可能就是永別了。瑪加麗塔回到祖國，成爲了蘇聯的英雄，被媒體大肆宣傳成原子彈之母，政府給予她豐厚的獎勵，但是瑪加麗塔覺得這些已經沒必要了，她也許已經得到生命中最重要的東西了。
最後的時光裏，瑪加麗塔隱居到了鄉間的小屋，遠離了那些大國之爭，再也不是什麼女間諜，而是一個普通的女人，每天重讀着愛因斯坦寫給自己的幾封情書，也許是這輩子再也忘不了的緣，至死一直珍藏着兩人的感情，或許一開始只是爲了竊取情報，但是後來真的變成了愛，不相見，亦懷戀。
