电影讲述的是一个天才数学家的女儿在儿童时期发生的故事。
玛丽是天才，她很聪明。本该算加减的她却连大学的数学题都解出来了——这就有了个难题，老师该怎么教她？
男主也就是玛丽的舅舅。他深知玛丽的才能，但因为自己姐姐生前的意愿，还是未能将小小的玛丽送进高档学府。这时候，玛丽的外婆出现了，她想让玛丽去接受这些高等数学。玛丽很小，不知道自己究竟想干什么——她知道欺负弱小的同学是不对的，当朋友们受到欺负而挺身而出是对的。
伊芙琳带玛丽去了大学中学习，随后伊芙琳和玛丽舅舅产生了分歧——玛丽是应该到大学学习还是在小学她应该在的地方学习？由于玛丽舅舅没钱没势，官司也输了，最后和解让玛丽去寄宿（寄宿只是个幌子，实际让玛丽去宿主家学习数学）。玛丽离开了自己的舅舅和自己的邻居，玛丽很不开心。
她的外婆伊芙琳在大学时智商达到了巅峰，很快就要将一道世界数学难题解出来的时候，她选择了结婚生子。这就导致了她一生的遗憾。
于是在女儿出身的时候，将自己的理想强加在女儿的身上，不让她谈恋爱，不让她出去玩，只能在家里想着这些著名学者都想不出来的问题。种种压力，最终逼迫她女儿自杀。
女儿自杀又怎么样，伤心一下自己失去了个亲人，在去看看自己的外甥女？
外甥女刚出生就有着超出同龄人甚至高中生的智商以及超凡的数学能力——只是被自己那个没用的儿子耽搁了。将玛丽放到高等学府，完成自己没有完成的事业。当我们也看见了孩子有这样的天赋，特别是自己的孩子有这样的天赋，作为家长，会怎么做——一部分家长会让子女去完成自己没有完成的梦想，因为子女有这个能力去完成，不去考虑孩子们是否愿意去做这样的事情。另一部分的就像玛丽妈妈一样，想让孩子变得普普通通快快乐乐，不要去解什么数学难题。
在影片的结尾，玛丽舅舅将玛丽妈妈在世时“没解出来”的数学题给了伊芙琳，伊芙琳看到是震惊的，她从来没有去关心过女儿，连自己女儿是否解出这个数学难题也不清楚……
看完《天才少女》，我就在心疼这个小小的玛丽以后该怎么办，是去学习数学成为一个数学家呢，还是快快乐乐的呆在舅舅旁边，上着普普通通的小学？只要玛丽开心做自己愿意做的事情就好。
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