Karen Silkwood arbeitet gemeinsam mit ihrem Freund Drew Stephens und ihrer Freundin Dolly Peliker im Plutoniumwerk Kerr-McGee in Cimarron, Oklahoma. Nach jeder Schicht werden die Beschäftigten auf radioaktive Belastung untersucht. Als eines Tages ausgerechnet Karens Messwert Alarm schlägt, vermuten ihre Kollegen zunächst einen technischen Defekt. Doch bald wird klar, dass der Störfall am Wochenende möglicherweise weit ernster war, als die Verantwortlichen zugeben wollen.

Als engagierte Gewerkschafterin beginnt Karen, den Vorfall zu untersuchen und Antworten zu fordern. Die Werksleitung begegnet ihr jedoch mit massivem Widerstand. Um die Wahrheit ans Licht zu bringen, bleibt ihr schließlich nur noch ein Weg: Sie muss an die Öffentlichkeit gehen.