建國(guó)初期，只懂科研不懂生活的“傻子”物理學(xué)家王懷民(李光潔 飾)留蘇歸國(guó)后不久，妻子就因難產(chǎn)而亡，婦科醫(yī)生楊麗麗主動(dòng)承擔(dān)起照顧新生兒的責(zé)任。1958年二機(jī)部九所成立后，王懷民與科學(xué)家彭雄飛(蘇茂洋 飾)、黃凱華(朱鐵 飾)等人加入九所開(kāi)始了原子彈研發(fā)工作。他們?cè)谘邪l(fā)過(guò)程中渡過(guò)了研發(fā)條件艱苦、自然災(zāi)害、中蘇關(guān)系破裂等重重危機(jī)。同時(shí)，軍人陶志綱(李健 飾)帶領(lǐng)著軍隊(duì)在羅布泊無(wú)人區(qū)中建立起試驗(yàn)基地。解決了設(shè)計(jì)方案、濃縮鈾提煉等難題后，科學(xué)家們自主研發(fā)的原子彈終在1964年成功引爆。可是王懷民卻因?yàn)殚L(zhǎng)年艱苦工作和核輻射患上癌癥，在生命的最后，王懷民終于明白生活的真諦，與楊麗麗結(jié)為夫妻。