Matemaattisesti äärimmäisen lahjakas, mutta sosiaalisesti sulkeutunut 25-vuotias Marguerite Hoffmann (Ella Rumpf) tekee väitöskirjaa Ranskan arvostetuimmassa yliopistossa, nerotehtaaksi kutsutussa Ecole Normale Supérieuressa. Äärimmäisen vaativan otaksuman ratkaisu pudottaa kuitenkin nuoren naisen elämältä pohjan, kun yhtälöstä paljastuu kriittinen virhe. Marguerite lähtee koulusta ovet paukkuen, mutta huomaa pian arjen vaativan muutakin kuin pänttäämistä. Ratkaisuksi löytyy laittomat Mahjong-uhkapelit, joiden parissa Marguerite on voittamaton.

Matematiikka on kieli, jota tiede puhuu. Ohjaaja-käsikirjoittaja Anna Novionille se on myös elokuvan visuaalinen kieli, jolla Margueriten teoreema tutkii pakkomielteitä ja tunteiden kätkemistä kunnianhimon alle.

Tarinaltaan Marqueriten teoreema liikkuu osittain samoilla aallonpituuksilla kuin Ron Howardin Oscar-palkittu elokuvan Kaunis mieli (A Beautiful Mind, 2001), josta on napattu varsinkin yhtälöiden ratkaisuja visualisoivat tehosteet Margueriten nähdessä numeroita ja yhtälöitä kaikkialla. Mitä pitemmälle Marguerite pääsee teoreemansa ratkaisussa, sitä enemmän hän oppii näkemään myös maailmaa matematiikan ulkopuolella.

Julia Ducournaun rajussa elokuvassa Raw (2016) läpilyönyt ja roolistaan Margueritena Canneissa palkittu Ella Rumpf on tulevaisuuden suuria nimiä, jonka herkkä ja vaistonvarainen tulkinta itsensä omaan maailmaansa lukinneesta päähenkilöstä on elokuvan sielu ja sydän. Jean-Pierre Darroussin on professori Werner, Sonia Bonny Margueriten kämppis Noa ja Julien Frison kollega Lucas.

Itsensä vapauttamisesta ja ratkaisun löytämisestä kertova Marqueriten teoreema on omaperäisyydestään huolimatta monin paikoin ennalta-arvattava ja jääkin aavistuksen akateemiseksi esitykseksi, mutta Ella Rumpfin roolityö jättää viivan alle kuitenkin positiivisen lopputuloksen.