1973. Karen Silkwood, Drew et Dolly, techniciens dans une usine de traitement nucléaire, partagent la même maison. Grâce à la bonne volonté d'une amie, Karen dispose de son week-end pour rendre visite à ses trois enfants à la garde de leur père. A son retour, elle apprend qu'une contamination a eu lieu. Brûlée de façon externe, Thelma subit douche, analyses et surtout la peur. A la suite d'un problème, Karen est mutée dans un service de métallographie qui vérifie les soudures. Dolly vit avec Angela ; Karen se lance dans le syndicalisme. A Washington, elle rencontre Paul Stone et lui promet des preuves de malversations qui ont lieu à l'usine. Drew, excédé par son comportement, la quitte et démissionne de l'usine. Malgré la victoire du syndicat aux élections, Karen continue à chercher des preuves pour Paul. Ses anciens amis la fuit. Un jour, elle est irradiée et doit subir des analyses quotidiennes. Puis on découvre que sa maison est contaminée et qu'elle est très gravement atteinte. Elle refuse de signer tout papier et fuit pour retrouver Drew. Quelqu'un a dû introduire du plutonium dans ses bocaux d'analyse, mais une visite à des spécialistes confirme la contamination interne. Karen décide alors d'aller jusqu'au bout ; elle part chercher, à l'usine, les preuves des malversations, alerte Paul et un journaliste, rencontre Thelma qui lui remet des documents, rentre en voiture. Un camion la suit, l'aveugle et c'est l'accident, en novembre 1974. Karen est morte ; aucun document ne se trouve dans sa voiture.