Филмът разказва историята на бъдещето на блестяща студентка по математика на име Маргарита. Животът й се срива в един момент, когато се открива фатална грешка в научните й изследвания, на които е посветила всичките си последни години. Този провал принуждава Маргарита да реши да прекрати научната си кариера. Сега Маргарита е изправена пред предизвикателството да изгради отново живота си. Тя трябва да намери ново място за живеене, работа, приятели и може би дори любов. Оказва се, че ежедневието и човешките аспекти на живота създават нови трудности за Маргарита, за разлика от точните изчисления и научните изследвания. „Теория на простите числа“ поставя на фокус не само сложността на математиката, но и сложността на човешките взаимоотношения, внасяйки във филма интересна комбинация от наука и ежедневие.
