Breakthrough raconte la quête d'un scientifique renégat pour trouver un remède au cancer, la maladie qui a tué sa mère. Le Texan Jim Allison est lauréat du prix Nobel 2018 pour avoir découvert comment inciter le système immunitaire d'un patient cancéreux à vaincre sa maladie, mais pendant des décennies, il a mené une lutte souvent solitaire contre le scepticisme douloureux de l'establishment médical.