Als Kind musste Nathan (Asa Butterfield) mitansehen, wie sein Vater durch einen Autounfall starb. Seitdem flüchtet sich der mathematisch hochbegabte, aber autistisch veranlagte Teenager in die Welt der Zahlen, wo ihn seine Mutter Julie (Sally Hawkins) nicht mehr erreicht. Sie findet schlicht keinen Anschluss an die Gedanken- und Gefühlswelt ihres Kindes – Nathan versteht nicht, wie sich Menschen ihre Zuneigung füreinander ausdrücken, mag es nicht, berührt zu werden und hegt eine Obsession für Muster. Lediglich seinem unkonventionellen Mathelehrer Mr. Humphreys (Rafe Spall) gelingt es, zu dem Jungen durchzudringen. Seiner Unterstützung ist es zu verdanken, dass Nathan an den Vorbereitungen zur internationalen Mathematik-Olympiade in Taiwan teilnimmt. Und dort lernt er, dass sich die Irrationalität der Liebe nicht in Formeln fassen lässt.
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