Brillante étudiante à l’ENS, Marguerite est en dernière année de thèse, qui porte sur la conjecture de Goldbach. Laurent Werner, son directeur de thèse, qui travaille également sur ce problème, recrute un doctorant, Lucas, dont la thèse porte sur le même sujet. En cours, Lucas pointe une incohérence qui invalide le raisonnement de Marguerite. Werner lui propose de démarrer une autre thèse. Marguerite refuse catégoriquement et quitte l’ENS. Elle rencontre Noa, une danseuse qui vit en banlieue, et lui fait une avance pour s’installer en colocation chez elle. Via Monsieur Cong, leur propriétaire, Marguerite découvre le mah-jong. Elle trouve un job dans une boutique de chaussures, couche avec un garçon. Très vite, elle gagne sa vie en remportant des parties de mah-jong. Elle se remet à faire des maths. En se basant sur les calculs erronés de Marguerite, Werner et Lucas prouvent le théorème de Szemerédi. Marguerite refuse de cosigner leur article. Mais elle montre l’avancée de ses recherches sur Goldbach à Lucas. Profitant de ce que Noa part pour un stage de danse, Marguerite invite Lucas à travailler dans son appartement. Ils couchent ensemble. Mais leur équation ne fonctionne pas. Marguerite chasse Lucas et se dispute avec Noa. Troublée, elle perd au mah-jong. Cong prévient Noa, qui aide Marguerite à faire le point. Celle-ci résout la conjecture de Goldbach. Elle part retrouver Lucas ; elle lui expose sa solution devant d’autres mathématiciens, dont Werner. Félicitée, elle va chercher Lucas.