Erin Brockovich élève seule ses trois enfants, et étant au chômage, elle cherche désespérément du travail. Victime d'un accident de la circulation, elle contacte un cabinet d'avocat dirigé par Edward L. Masry (en) pour la représenter. Elle va découvrir, dans un dossier mineur, qu'une société de distribution d'énergie, la Pacific Gas and Electric Company (PG&E), filiale d'une grosse société, rachète une à une les maisons d'une petite ville californienne de Hinkley dans le désert des Mojaves. Là-bas, de nombreux habitants souffrent d'importants problèmes de santé, tels que des cancers. Enquêtant sur place, elle parvient à montrer que ces maladies graves sont causées par l'eau potable contenant des rejets toxiques, notamment du chrome hexavalent (ou chrome-6), issus de l'eau de refroidissement de l'usine. Seule au début, elle mène le combat, rassemble des preuves, motive un à un les habitants, convainc son patron de l'ampleur de l'affaire, pour obtenir enfin un dédommagement important pour chacune des victimes de la part de la société fautive.