新中国成立之初，浩劫初定，百废待兴。然而国际场面地步额外险恶，中华人民共和国仍处在风雨飘摇的关头时刻。近有盘踞台湾的国民党政权蠢蠢欲动，时刻筹备反扑大陆；外有美国为首的帝国主义伺机推翻新中国，从中渔利。为了与对手和列强抗衡，中共审时度势，敞开胸怀招揽海外的华人科学家归国，共同成长国防事业。感应感染到了故国的呼叫，钱学森（陈建斌饰）、邓稼先（郑国霖饰）、钱三强（杨洪武饰）等科学家怀着一颗赤子之心，打破重重阻力投向故国的怀抱。与此同时，国际上风云变幻，中苏关系交恶，抗美援朝战争也令原子弹的暗影进一步威胁中国的安全。科学家们与故国人民团结一心，为打造属于本身的“两弹一星”付出了无尽的努力…