Marguérite, giovane matematica di talento, studia alla Scuola Normale Superiore di Parigi per aprire nuove strade alla soluzione del teorema di Goldbach.
Pronta per la tesi, viene chiamata a tenere un seminario dal suo professore, il rigido Werner.
Al momento dell'illustrazione, la ragazza anticipa delle conclusioni che vengono ritenute errate dallo studente Lucas, divenuto nuovo pupillo di Werner e col quale Marguérite, solitaria e individualista, si è rifiutata di collaborare.
Ferita nell'orgoglio e delusa dal professore che non intende più lavorare alle sue ricerche, la giovane si dimette perdendo la borsa di studio e cerca nuovi lavori e un nuovo appartamento, che condivide con la ballerina Noa.
Comincia così a frequentare nuovi amici, riscopre l'eros e accumula soldi per l'affitto giocando a mahjong, favorita dalle sue qualità mnemoniche.
Ma l'ossessione matematica non l'abbandona e, riavvicinatasi a Lucas, si apre maggiormente alla collaborazione e all'amore, sacrificando anche il lavoro universitario del ragazzo. Fino a una nuova delusione che la porterà a rasentare la follia...
Il film di Anna Novion è scandito abilmente come un thriller psicologico, in cui il teorema di Goldbach appare come l'uscita da un labirinto e la crescita del personaggio di Marguérite è un percorso pieno di curve e tranelli: abbandonata dal padre e cresciuta con la madre docente di matematica, ha mollato il mondo esterno per la sua vocazione esclusiva.
Ogni sconfitta è per lei morte, cancellazione e rinascita con il suo affascinante demone sempre a un passo. E solo comprendendo le sue ossessioni le si può restare vicino, come cercano di fare Noa e Lucas, che certo daranno un prezioso contributo alla sua maturazione.
Superando il topos del rapporto tra genio e isolamento, Il teorema di Margherita è un film pienamente francese; così ancorato alla totalità vitale di un'ossessione irrinunciabile, sembra quasi un film di Truffaut, se non fosse riscaldato da un'apertura all'altro di chiara sensibilità femminile. Ma è anche un film che ogni giovane dovrebbe vedere e meditare, per abbracciare la propria diversità e capire che ogni passione è fuoco sacro. E può valere il prezzo che si paga.