Emilie du Châtelet, jeune marquise de 26 ans, aussi intelligente que belle et impétueuse, s'ennuie auprès de son mari et se meurt d'amour pour le jeune et beau comte de Guébriant. Grâce à la duchesse de Saint-Pierre, elle fait la connaissance de Voltaire, avec qui elle a une brève aventure. Mais, déçue par ce piètre amant, elle s'enflamme pour un séduisant aventurier, Pierre-Louis de Maupertuis. Voltaire, quant à lui, se voit contraint de fuir Paris et profite de l'hospitalité de la belle marquise qui lui propose son château de Cirey, en Lorraine, comme refuge. Rejetée par Maupertuis, Emilie vient rejoindre Voltaire à Cirey où tous deux vont se découvrir et s'éprendre l'un de l'autre ...