《天才少女》聚焦于小女孩玛丽的成长故事。玛丽是个拥有极高数学天赋的孩子，她的母亲是同样天赋异禀的数学家，却因不堪压力自杀。玛丽的舅舅弗兰克独自抚养她，希望她能像普通孩子一样快乐成长，远离数学带来的沉重负担。然而，玛丽的外婆伊芙琳得知了她的天赋后，想将她培养成顶尖数学家，为此与弗兰克争夺玛丽的抚养权。法庭上双方各执一词，弗兰克强调孩子的童年快乐，伊芙琳则看重天赋的开发。最终，在经历一系列波折后，弗兰克赢得了抚养权，玛丽也能在充满爱的环境中继续成长，同时也能自由地探索自己热爱的数学世界。