En el año 391 d.C., Alejandría forma parte del Imperio Romano, y la filósofa griega Hipatia es profesora de la escuela platónica, donde se educan los futuros dirigentes. Hipatia es hija de Teón, el director del Musaeum de Alejandría. Hipatia, el esclavo de su padre, Davus, y dos de sus alumnos, Orestes y Synesius, están inmersos en el cambiante panorama político y social. Ella rechaza el amor de Orestes, ya que prefiere dedicarse a la ciencia. Davus ayuda a Hypatia en sus clases y se interesa por la ciencia. También está secretamente enamorado de ella.

Mientras tanto, el malestar social comienza a desafiar el dominio romano de la ciudad cuando paganos y cristianos entran en conflicto. Cuando los cristianos comienzan a insultar verbalmente los estatutos de los dioses paganos, los paganos, incluidos Orestes y Theon, tienden una emboscada a los cristianos. Sin embargo, en la batalla que sigue, los paganos se ven inesperadamente superados por una gran turba cristiana. Teón resulta gravemente herido, e Hipatia y los paganos se refugian en la Biblioteca del Serapeo. El asedio cristiano a la biblioteca termina cuando un enviado del emperador romano Teodosio I declara que los paganos son perdonados, pero los cristianos podrán tomar posesión de la biblioteca. Hypatia y los paganos huyen mientras intentan salvar los pergaminos más importantes antes de que los cristianos tomen la biblioteca y destruyan su contenido. Davus decide unirse a las fuerzas cristianas. Más tarde regresa con un gladius y la agrede sexualmente, pero empieza a sollozar y le ofrece su espada. Sin embargo, ella le quita el collar de esclavo y le dice que es libre.

Varios años después, Orestes, ahora convertido al cristianismo, es prefecto de Alejandría. Hipatia sigue investigando los movimientos del Sol, la Luna, los cinco "errantes" conocidos (planetas) y las estrellas. Algunos cristianos ridiculizan la idea de que la Tierra es una esfera argumentando que las personas alejadas de la cima se caerían de la Tierra. Cuando le preguntan a Davus cuál es su opinión, éste evita el conflicto diciendo que sólo Dios conoce estas cosas.

Hypatia también investiga el modelo heliocéntrico del sistema solar propuesto por Aristarco de Samos haciendo caer un objeto desde el mástil de un barco en movimiento, lo que demuestra que un posible movimiento de la Tierra no afectaría al movimiento, relativo a la Tierra, de un objeto que cayera en la Tierra. Sin embargo, debido a las objeciones religiosas contra el heliocentrismo, los cristianos prohíben a Hypatia enseñar en la escuela. Los cristianos y los judíos entran en un violento conflicto.

El líder de los cristianos, Cirilo, considera que Hypatia tiene demasiada influencia sobre Orestes y organiza una ceremonia pública para obligar a Orestes a someterla. El antiguo alumno de Hipatia, Sinesio, ahora obispo de Cirene, acude en su ayuda como contrapeso de la autoridad religiosa, pero dice que no puede ayudarla a menos que acepte el cristianismo; ella se niega. Hipatia teoriza que la Tierra orbita alrededor del Sol en una órbita elíptica, no circular, con el Sol en uno de los focos. Cirilo convence a una turba de cristianos de que Hipatia es una bruja, y juran matarla. Davus intenta adelantarse para advertir a Hipatia, pero la capturan. Desnudan a Hipatia y están a punto de desollarla viva hasta que Davus convence a la turba de lo contrario y deciden apedrearla en su lugar. Cuando la muchedumbre sale a recoger piedras, Davus la asfixia para evitarle el dolor de la lapidación y dice a la muchedumbre que se ha desmayado. Davus se marcha cuando empiezan a apedrearla.