上世纪四十年代，加州理工学院终身教授钱学森（陈坤 饰）因为美国兴起的反共言辞而备受冲击。他的顶级技能研讨被迫中止，并被责令出境。钱学森心系祖国，归心似箭，而意识到钱学森的巨大价值的美方又对其归国设置了重重障碍，乃至以间谍罪拘捕钱学森。终究，宣告无罪的钱学森被长时间软禁在家 中。
　　钱学森写信曲折与祖国取得联系，周恩来授命用11名美国战犯飞行员换回了钱学森。
　　面临新中国技能、人才、工业等各方面的空白，钱学森带领科研人员从仿制下手，依据现有技能和条件逐渐研讨、完善，奠定了中国导弹的基础。
　　1960年11月，榜首枚导弹试射成功。
　　1964年10月，榜首枚原子弹试验成功，钱学森又承担起了研发火箭运载原子弹进行长途进犯的任务，他带领科研人员克服了天气地理等困难，完成两弹对接，1966年10月在罗布泊靶场成功试射新中国榜首枚核导弹！
　　晚年的钱学森对妻子（张雨绮 饰）充满内疚，但妻子的了解让他倍感安慰