Femme d'un esprit vif et d'un cœur passionné, Mme Du Châtelet fut l'amie de Voltaire, qu'elle recueillit dans son château de Cirey (en Champagne, près de la Lorraine) après l'affaire des Lettres philosophiques. Sans trop se soucier d'un mari lieutenant général de l'armée du roi et peu encombrant, elle y vécut avec l'auteur du « Mondain » une quinzaine d'années d'amour, d'étude et de fêtes.
Férue de science et de philosophie, elle approfondit avec lui les systèmes de Newton et de Leibniz, l'exégèse de la Bible, des questions d'histoire. De ces travaux, appuyés sur d'innombrables lectures et sur des expériences de laboratoire, devaient sortir plusieurs ouvrages élaborés en commun. Voltaire y acquit une vraie dimension de philosophe. Il y connut aussi le seul grand amour de sa vie. Pourtant, d'une liaison parallèle avec le poète Saint-Lambert, la « belle Émilie » eut un enfant, et elle mourut peu après ses couches.