1955年，面对国际形势的严峻挑战，大批海外留学生和科学家怀着报国情怀纷纷回国。其中，著名物理学家钟培林教授、理论物理学博士王怀民与何吟薇夫妇以及黄凯华等学界精英，从美国康奈尔大学及苏联归国，投身新中国科技建设之中。一次在前门火车站的惊险遭遇，尽管保护了众多留学生们，却导致何吟薇难产离世，留下了年幼的钟振理由护士杨佳蓉照顾。1958年，二机部九所成立，吸引了包括钟培林、王怀民在内的顶尖科学家加入。他们深知肩负着研发中国第一枚原子弹的重任，精神饱满。然而，苏联专家团队带来的资料和模型严重受限，导致研究进展缓慢。面对困难，钟心回国加入队伍，并与不冷不热的王怀民产生感情纠葛。陶志纲则对钟心这个“资产阶级小姐”持有偏见。苏联单方面撕毁协议后，九所面临前所未有的挑战。科学家们在艰难中选择自主研发方案，最终确定了王怀民提出的“内爆式”方案，并克服重重困难将理论设计转化为现实。三年自然灾害期间，杨佳蓉因调查而病倒，王怀民悉心照料她恢复健康，两人逐渐产生了感情。经过不懈努力，221基地的科学家们终于向中央证明了原子弹研发的必要性和可行性，最终成功实现了目标。钟培林与黄凯华之间的学术争执、陶志纲对钟心的态度转变以及杨佳蓉与王怀民的爱情故事交织在一起，共同构成了这段激情岁月中的感人篇章。
