上世紀(jì)四十年代，加州理工學(xué)院終身教授錢學(xué)森（陳坤飾）因?yàn)槊绹?guó)興起的反共言論而備受打擊。他的尖端技術(shù)研究被迫中止，并被責(zé)令出境。錢學(xué)森心系祖國(guó)，歸心似箭，而意識(shí)到錢學(xué)森的巨大價(jià)值的美方又對(duì)其歸國(guó)設(shè)置了重重障礙，甚至以間諜罪逮捕錢學(xué)森。最終，宣告無(wú)罪的錢學(xué)森被長(zhǎng)期軟禁在家中。錢學(xué)森寫信輾轉(zhuǎn)與祖國(guó)取得聯(lián)系，周恩來(lái)授命用11名美國(guó)戰(zhàn)犯飛行員換回了錢學(xué)森。面對(duì)新中國(guó)技術(shù)、人才、工業(yè)等各方面的空白，錢學(xué)森帶領(lǐng)科研人員從仿制入手，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和條件逐步研究、完善，奠定了中國(guó)導(dǎo)彈的基礎(chǔ)。1960年11月，第一枚導(dǎo)彈試射成功。1964年10月，第一枚原子彈試驗(yàn)成功，錢學(xué)森又承擔(dān)起了研制火箭運(yùn)載原子彈進(jìn)行遠(yuǎn)程攻擊的任務(wù)，他帶領(lǐng)科研人員克服了天氣地理等困難，完成兩彈對(duì)接，1966年10月在羅布泊靶場(chǎng)成功試射新中國(guó)第一枚核導(dǎo)彈！晚年的錢學(xué)森對(duì)妻子（張雨綺飾）充滿愧疚，但妻子的理解讓他倍感安慰。