Octobre 1944, Auschwitz-Birkenau. Saul Ausländer est membre du Sonderkommando, ce groupe de prisonniers juifs isolé du reste du camp et forcé d'assister les nazis dans leur plan d'extermination.
Nathan est un adolescent souffrant de troubles autistiques et prodige en mathématiques. Brillant mais asocial, il fuit toute manifestation d'affection, même venant de sa mère.