建國初期，只懂科研不懂生活的“傻子”物理學家王懷民留蘇歸國後不久，妻子就因難產而亡，婦科醫生楊佳蓉主動承擔起照顧新生兒的責任。1958年二機部九所成立後，王懷民與科學家彭雄飛、黃凱華等人加入九所開始了原子彈研發工作。他們在研發過程中渡過了研發條件艱苦、自然災害、中蘇關係破裂等重重危機。同時，軍人陶志綱帶領着軍隊在羅布泊無人區中建立起試驗基地。解決了設計方案、濃縮鈾提煉等難題後，科學家們自主研發的原子彈終在1964年成功引爆。可是王懷民卻因爲長年艱苦工作和核輻射患上癌症，在生命的最後，王懷民終於明白生活的真諦，與楊佳蓉結爲夫妻。