1955年4月18日，爱因斯坦在普林斯顿大学医院逝世。托马斯·哈维是该医院的病理科主任，负责解剖爱因斯坦的遗体。
能为世界上最伟大的科学家服务，哈维倍感荣幸。作为一名病理学博士，他感兴趣的是爱因斯坦的大脑究竟有什么特别之处，竟能提出如此超前的物理理论。如果能对此进行研究，不但意义重大，而且还能造福人类。
哈维向爱因斯坦的长子汉斯提出了一个大胆的想法，希望对爱因斯坦的大脑进行研究。经过考虑，汉斯同意了，不过他要求研究不得营利，研究结果不得在科学杂志以外发表。
解剖中，哈维小心翼翼地取出爱因斯坦的大脑，迅速在脑动脉中注入防腐剂，然后对每一块位置做了详细的标记。除了对大脑各部位拍照之外，为了保存最原始的资料，他还专门请画家对大脑做了素描。
几天后，爱因斯坦的遗体被火化，但哈维并未将爱因斯坦的大脑放回的秘密也被发现了。哈维成了全世界人眼中的“小偷”。事情被披露后，哈维被学校开除，医师执照被吊销，紧接着婚姻破裂。一系列的打击接踵而至，他开始怀疑保存爱因斯坦的大脑的意义。经过激烈的思想斗争，他坚信，比起让这个宝贵的大脑随遗体付之一炬，保留并对其进行研究的意义更重大。
丢掉工作后，研究陷入了困境，哈维被迫前往费城。离开新泽西之前，为了更好地保存大脑组织，哈维将其切为240片，形成独立的脑切片，然后放置在玻璃容器内。随后的40多年中，无论他走到哪里，这些容器都未离开过他。
经过30年漫长而艰辛的研究，哈维发现自己的研究一无所获，爱因斯坦的大脑与常人无异，这个脑组织并无特别之处。这令他非常沮丧，甚至感到绝望。但他一直遵守对汉斯的承诺，保护大脑，即使自己穷困潦倒，也绝不将大脑用于商业用途。
深知自己无法取得成果，哈维决定为脑切片寻找新“主人”。随后的10年里，经过缜密调研，他先后向6个国家的顶级研究机构发出邀请，希望他们继续进行研究。
哈维曾多次将部分脑切片交给一些知名科学家，一同交付的还有当年的照片和笔记。每次交接时，这位老人都会再三嘱咐：“请一定要妥善保管切片，它们是人类宝贵的财富。”不过，这些幸运的科学家对各自手中的脑切片进行研究后，均得出“爱因斯坦的大脑并无独特之处”的结论。
直到哈维再次于睡梦中被惊醒，他梦见爱因斯坦不无遗憾地向他说起自己的遗愿。当年爱因斯坦病情稍有好转时，曾躺在床上对哈维说：“多年前，我就有一个愿望，乘车横贯美国，看看沿途风景。”遗憾的是，由于病情恶化，爱因斯坦的愿望最终没能实现。此刻，85岁高龄的哈维决定帮助爱因斯坦完成遗愿。
10月的新泽西秋意渐浓，哈维出发了，他一路由东向西。美丽的风景尽入眼帘，哈维紧紧地抱着玻璃瓶。每到一处，他就摸着瓶子说：“老朋友，看看这里的风景，是不是很美？”几十天后，哈维终于到达了加利福尼亚州，整个行程达6000多公里。正当哈维沉浸在完成壮举的兴奋中时，一条报道让他跌入冰窟。原来，为防止脑切片在旅途中发生意外，美国联邦调查局专门派出特工，秘密跟踪、保护哈唯6000多公里。直到此时，哈维终于明白，爱因斯坦的大脑并不属于自己，自己也无法对它再做什么有意义的事。
终于，哈维回到普林斯顿大学，将剩余的脑切片交还学校。当他捧出玻璃瓶时，双手颤抖，泪流不止，他为自己的后半生难过，也为自己43年的“保管”而难过。