1955年，國際局勢風云變幻，新中國的建設(shè)迫在眉睫，身處他鄉(xiāng)的中國知識分子中掀起了一股歸國熱潮。留美物理學教授鐘培林(牛飄 飾)，留蘇深造的王懷民(李光潔 飾)、何吟薇(徐筠 飾)夫婦和黃凱華(朱鐵 飾)等物理人才克服重重阻力，輾轉(zhuǎn)踏上報國之路。1958年中國的第一個核武器研究機構(gòu)A所成立，王懷民與戰(zhàn)爭英雄陶志綱(李健 飾)、護士楊佳蓉(高露 飾)以及彭雄飛(蘇茂洋 飾)、黃凱華、鐘心(徐曉璐 飾)等科學家一同加入A所開始了原子彈研發(fā)工作。他們在研發(fā)過程中渡過了研發(fā)條件艱苦、自然災害等重重危機。終于在1964年10月16日成功試爆了中國首顆原子彈。大家歡騰雀躍，又一鼓作氣地投入到氫彈和兩彈結(jié)合的研究中去，不久，這兩項偉大的事業(yè)也相繼取得了勝利。王懷民和楊佳蓉，陶志綱和鐘心也終于在同一天邁入了婚姻的殿堂。1978年，科學的春天終于到來，王懷民卻因積勞成疾將不久于世。醫(yī)院里，他用盡力氣，在民用核電報告的扉頁上寫下了他們幾個人的名字。