ภาพยนตร์ Oppenheimer พาผู้ชมย้อนกลับไปสู่ช่วงเวลาแห่งความตึงเครียดและความหวาดกลัวในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เมื่อรัฐบาลสหรัฐฯ เริ่มต้นโครงการแมนฮัตตัน โครงการลับเพื่อพัฒนาอาวุธที่มีอานุภาพทำลายล้างสูงกว่าที่เคยมีมา ออพเพนไฮเมอร์ นักฟิสิกส์หนุ่มผู้มีความสามารถโดดเด่น ได้รับเลือกให้เป็นผู้นำโครงการนี้ นำทีมนักวิทยาศาสตร์อัจฉริยะมารวมตัวกันในลอส อลาโมส สถานที่ที่พวกเขาจะทำการทดลองและสร้างระเบิดปรมาณู
ภาพยนตร์นำเสนอภาพชีวิตของออพเพนไฮเมอร์อย่างละเอียด ตั้งแต่ความหลงใหลในวิทยาศาสตร์ในช่วงวัยหนุ่ม การศึกษาในยุโรป การกลับมาสอนที่สหรัฐอเมริกา และการได้รับมอบหมายภารกิจสำคัญในโครงการแมนฮัตตัน ภาพยนตร์ยังเจาะลึกความสัมพันธ์ของเขากับคนรอบข้าง ทั้งเพื่อนร่วมงาน นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ และคนรัก
การดำเนินเรื่องไม่ได้เป็นเส้นตรง แต่สลับไปมาระหว่างช่วงเวลาต่างๆ ในชีวิตของออพเพนไฮเมอร์ เพื่อให้ผู้ชมได้เห็นพัฒนาการทางความคิด ความรู้สึก และความขัดแย้งภายในของเขาอย่างชัดเจน ภาพยนตร์นำเสนอภาพการทำงานในโครงการแมนฮัตตัน ความกดดัน ความเร่งรีบ และความลับที่ต้องเก็บงำ รวมถึงการทดสอบระเบิดปรมาณูครั้งแรกที่ Trinity ซึ่งเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญในประวัติศาสตร์โลก