如果按照奧本海默的人生經歷對電影進行劃分，整部電影的時間線邏輯可謂非常清晰，電影大致講述了奧本海默的早年經歷、參與曼哈頓計劃的過程以及1954年面臨秘密審判。
在諾蘭巧妙的非線性敘事手法之下，奧本海默的人生就像是一部前後映照、充滿戲劇性衝突，並且夾雜著輝煌與悲憫的個人史詩。
首先是奧本海默的早年經歷。
奧本海默出生於美國紐約的一個猶太富商家庭，並且有著極為良好的家教。
但這哥們比較另類的是，他從小靦腆內向甚至有些社恐。
也正因如此，少年時代的奧本海默幾乎沒有什麼好朋友，為數不多的愛好就是瘋狂讀書。1921年，年僅十七歲的他考入了哈佛大學，並於1925年提前畢業，到英國劍橋大學繼續深造。
不過，由於自身對實驗物理並不感興趣，因此受到導師的排擠，一度受到嚴重精神打擊的奧本海默甚至做了個毒蘋果放到了導師的桌子上。
這一經歷在影片中也有所展現。
1926年，受到德國物理學家馬克斯·玻恩的邀請，奧本海默轉到了德國哥廷根大學，跟隨玻恩一同展開對理論物理的研究，並於次年獲得了物理學的博士學位。
此時的奧本海默僅有23歲，估計連他自己也未曾想到，他的研究有朝一日將會徹底改變整個世界。
之後的兩年，奧本海默先後在瑞士和荷蘭繼續進行自己的研究，同時承擔了部分講課工作。
而在此期間，奧本海默向他的學生們展現了自己出色的學習能力，僅僅運用短短六周的時間，他便學會了荷蘭語，並將其熟練自如地運用到講課之中，奧本海默的這一舉動讓原本想要讓他難堪的同事在教室里瞠目結舌。
1929年，奧本海默終於回國，併到加州大學的伯克利分校任職。
這一時期的奧本海默幾乎成為了學生們的偶像，出生於富商之家的他從小便有著良好家教、穿著考究，還經常帶著自己的學生們出入高檔餐廳，再加上學識淵博、年紀輕輕就在物理學領域頗有建樹，幾乎就是無數年輕女孩心目中的完美高知識分子。
不過讓人啼笑皆非的是，也正是因為自己的出身，讓奧本海默完全感受不到經濟危機的爆發，要不是因為自己的學生們紛紛開始打工賺錢，他可能都不知道還有這麼回事情。
在奧本海默求學成長的同時，世界也在發生著巨變，無論是列寧在俄國革命之後建立了世界上第一個社會主義國家，還是希特勒領導的納粹在德國上台之後迅速開始厲兵秣馬，以及愈演愈烈的經濟危機、社會運動、民族矛盾……這一切似乎都在暗示著一場史無前例的世界大戰似乎將要爆發。
作為一個成長於瞬息萬變的新時代知識青年，奧本海默在伯克利任教期間開始逐漸關注到了政治民主、社會革命以及平權運動，也因此被當時的美國聯邦調查局歸為了值得警惕的左翼人士。
三十年代的奧本海默在任教之餘積極投身於諸多左翼運動之中，他旗幟鮮明地反對法西斯，支援西班牙內戰中的民主共和派，參與美國共產黨組織的民主集會……
也正是在這段異常精彩的人生經歷中，奧本海默邂逅了對自己影響巨大的情人泰特洛克。
泰特洛克同樣也是美國共產黨的成員，這名充滿魅力的女性讓奧本海默沉醉不已，他多次向其求婚，但都遭到了拒絕。
但兩人依舊在很長一段時間裡保持著親密的情人關係，而泰特洛克在後世的很多研究者看來也被稱作是對奧本海默影響巨大的幕後人。
之後，奧本海默認識了自己未來的妻子凱蒂，身為生物學家的凱蒂當時已然有過三次婚姻，但奧本海默的真情最終打動了凱蒂。
值得注意的是，凱蒂也曾經是美國共產黨的一員。妻子、情人、自己的兄弟和弟媳再加上自己的諸多摯友都是共產黨，也難怪美國聯邦調查局對奧本海默嚴加防範。
按照時間線重新進行梳理的話，在講述奧本海默的早年經歷之後，他參與「曼哈頓計劃」的過程成為了影片的又一個敘事重點。
1939年，隨著納粹德國開始對外侵略，以愛因斯坦為首的科學家給美國政府寫了封信，督促美國要趕在納粹德國之前研究出原子彈。
1942年，羅斯福正式批准了「曼哈頓計劃」，但從德國逃難來的愛因斯坦顯然難以獲得美國政府的完全信任，該計劃最終無可奈何地選擇了奧本海默作為負責人。
之所以說是「無可奈何」，很大原因在於奧本海默個人的左翼背景當時已經引起了聯邦調查局的高度注意。
在當時的很多政客看來，要參與甚至領導「曼哈頓計劃」這樣高度機密且事關國家安全的項目，必須找一個美國政府能夠完全信任的人。
可事實上，在當時的理論物理學界，除了奧本海默之外，再也找不到更合適的領導者，去組織和領導上千名科學家投身於原子彈的研究項目之中。
這也是為什麼影片中由馬特·達蒙飾演的陸軍少將萊斯利·格羅夫斯在單獨會見奧本海默之後，最終決定力排眾議選擇奧本海默作為曼哈頓計劃的負責人。
從1942年6月開始啟動初步研究，到1945年原子彈爆炸，短短數年間，「曼哈頓計劃」動用了數十萬人，不僅在美國多地建造了多個研究室，同時還在新墨西哥州的沙漠中平地建起了一座科學城「洛斯阿拉莫斯」。
正如影片中所展現的那樣，奧本海默和陸軍少將萊斯利·格羅夫斯為了「曼哈頓計劃」的成功走遍了全美，說服了諸多在各自領域頗有建樹的科學家參與到該計劃的研究之中。
在這一眾科學家之中最為顯眼，同時也在電影中扮演了不光彩角色的愛德華·泰勒便是其中之一，另外一人則是當時參與到「曼哈頓計劃」內爆項目的英國科學家，此人後來被證實是蘇聯的情報特工。
這兩位人物加上對奧本海默一直懷有偏見的美國原子能委員會主席劉易斯最終在後來的「秘密審判」中給享有盛譽的奧本海默以致命一擊。