Le film fait un rapide survol de la physique quantique : ses principes fondamentaux (dualité onde corpuscules, principe d'incertitude), son histoire (physique ondulatoire puis quantique, théories de l'atome et de la lumière) et ses applications concrètes (le laser). Les interventions des physiciens comme Jean Dalibard ou Serge Haroche, proches collaborateurs de Claude Cohen-Tannoudji, éclairent le principe du refroidissement des atomes.
En 1997, Claude Cohen-Tannoudji, professeur au Collège de France, Steven Chu de l'Université de Stanford et William D. Philipps de l'Institut national des standards et technologies (Etats-Unis) reçoivent le prix Nobel de physique. S'étant rendus à Stockolm pour la remise de leur prix, ils expliquent leurs recherches entre interviews et cérémonies. Il s'agit de refroidir les atomes, c'est à dire de diminuer leur vitesse par interaction avec un faisceau laser ce qui permet d'augmenter le temps d'observation. Trois autres scientifiques replacent ces recherches dans un contexte plus général. Serge Haroche résume l'histoire de la physique du 20e siècle avec la découverte de la mécanique quantique, Jean Dalibard explique les processus généraux d'interaction entre la matière et la lumière et Alain Aspect décrit l'application la plus spectaculaire de ces travaux : le laser.