黄凯华是理论物理学家，与王怀民都是苏联留学生，两人经常因为某件事发生分歧，不过关系还是不错的，后来两人响应号召回国发展。

1959年苏联单方面撕毁与中国原子弹合作协议，留学国外的科学家得知国家要自主研发原子弹，便义无反顾踏上回国的征程，当然最重要的是确定原子弹理论设计方案，黄凯华和王怀民是竞争对手，最后黄凯华的方案没被采纳，他接受这样的结果。随着剧情推进，一系列情报事件相继发生，黄凯华发现最亲近的人江水宁竟然是特务，他为了国家和民族大义灭亲，举报了江水宁，所以黄凯华和江水宁最后是悲剧，两人不可能圆满。