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플로리다 해안가에서 보트 수선 일을 하는 삼촌 프랭크(크리스 에반스)와 살고 있는 메리(맥케나 그레이스)는 수학 천재 소녀다. 메리의 엄마 다이앤은 인류에 주어진 7대 수학 난제 중 하나에 도전했던 천재 수학자였으나 스스로 목숨을 끊었다. 갓난아이 때부터 메리를 키워온 프랭크는 여동생 다이앤과 약속한 대로 조카가 또래 친구들과 뛰어놀면서 평범하게 성장하도록 일반 초등학교에 입학시킨다. 이미 미분 방정식을 척척 푸는 까닭에 1학년 수업은 물론 동급생들까지 시시하게만 느껴졌던 메리는, 담임인 보니 선생님(제니 슬레이트)의 따뜻한 관심 속에 서서히 학교 생활에 적응해 간다. 그런데 수학계 저명인사인 할머니 에블린(린제이 던컨)이 7년 만에 처음으로 메리를 찾아온다. 다이앤이 역사상 최고의 수학자가 되기를 바랐던 에블린은 딸의 재능을 그대로 이어받은 메리를 풍족한 환경에서 키우겠다면서 양육권 소송을 벌이는데…