어느 날, 화학 무기를 연구하던 연구소가 폭발하는 사건이 벌어진다. 그 후 네바다 북부의 연구소에서‘ 화이트 에이전트’를 계속 연구하던 과학자 싱과 일라이는 실험하던 식물에서 성과를 거두지만 싱의 형을 인질로 잡은 중국 정부는 싱에게 ‘화이트 에이전트’에 관한 정보를 넘기라고 협박한다. 결국, 싱이 중국의 요구를 거절하자 싱의 형은 처참하게 처형당하는 사실을 알게되며, 실험실을 떠나게 된다. 우연히 알게된 베스와 마을 격리 구역인 ‘테러토리8’에서 오염된 식수를 마신 사람들이 죽어간다는 사실을 알게 되어 아직 완성되지 않은 치료제를 사용하게 되는데...

아내 쥬드가 세 아들과 자신을 버리고 가출한지 3년, 로버트는 아이들이 다니는 학교 교감인 콜린과 사랑에 빠져 결혼하려 한다. 아이들은 물론 쥬드의 어머니 리디아조차 콜린을 친딸처럼 사랑해 축복받은 결혼이 될 것이라 생각하는데, 느닷없이 쥬드가 나타나 아이들은 물론 남편도 되찾겠다고 선언한다. 로버트는 변호사를 내세워 단호히 대처하지만 법적 권리가 있는 쥬드와 아이들과의 면회까지 막을 수는 없다. 악랄한 쥬드는 이를 이용하여 아이들을 회유해 로버트와 콜린을 갈라놓으려 한다. 장남 케스를 통한 쥬드의 콜린 괴롭히기가 시작되는데...

오돈 부부는 로렌조라는 다섯살난 아들이 있다. 하지만 어느날 불행이 닥쳐오는데, 원인도 치료법도 모르는 ALD라는 진단을 받게되고 곧 죽게 된다는 비보였다. 그러나 이 치명적인 죽음 앞에 오돈부부는 굴복하지 않고 오직 지식과 논리를 바탕으로 아들의 병마와 싸우게 되고 마침내는 승리에 도달하게 된다. 오돈 부부는 ALD에 대해 연구하기 시작한다. 그러나 관련된 서적도 적고 전문의들은 조직화 되어있지 않다고 느껴 그들은 ALD 심포지엄을 조직하기에 이른다. 어느날 우연히 폴란드 의학지에서 로렌조의 병과 비슷한 증세를 쥐에다 실험한 기사를 발견해 의사에게 자문을 구한다. 오돈부부는 ALD가 나쁜 지방산이 생기면서 생기는 병이므로 나쁜 지방산을 제거해 주면 되지 않겠냐는 논리에서 한발자욱 해결책 가까이 나가게 된다. 마침내 1984년, 역사적인 "로렌조의 경주"는 시작이 된다. 여러 어려움이 닥치게 되나 그들은 포기하지 않고 새로운 도전을 계속한다. 1984년 4월 로렌조 아버지는 식용이 가능한 불포화 지방산을 발견해야겠다는 생각이 떠오르게 되고 생화학자에게 이뢰하여 월간 하루도 쉬지 않고 연구한 끝에 1kg의 소중한 기름을 발견하여 오돈 가족에게 보낸다. 그 이후로 이 기름은 '로렌조 오일'이라 불리게 되는데...

할리우드는 진정 어떤 곳이었을까. 신랄한 사회 비평가이자 알코올에 중독된 시나리오 작가 허먼 J. 맹키위츠. 그는 오슨 웰스의 시민 케인 시나리오를 마치고자 모든 것을 쏟고 있다. 그런 그의 시선으로 1930년대 할리우드를 새롭게 조명한다.