1955年，中國政府決定開始研發(fā)自己的原子彈，這個消息在身處異國他鄉(xiāng)的中國科學家們當中掀起了歸國熱潮。美國紐約州，鐘培林(牛飄 飾)教授準備回國。女兒鐘心(徐曉璐 飾)的研究課題正在攻關(guān)階段，她拒絕了父親一同回國的邀請。鐘培林與幾名華裔科學家在酒館地下室秘密見面，準備回國。突然美國便衣闖進，危急中，林安城(寇振海 飾)委托鐘培林帶信給方明(翟萬臣 飾)將軍，自己留下掩護。碼頭上，眾人又遭遇特工的臨時檢查，取得移民局翻譯資格的鐘心為鐘培林保住了密信，臨行前，她無聲告訴父親“祖國見”。莫斯科國防科技大學，黃凱華(朱鐵 飾)等留蘇的中國學生們也打算回到祖國，其中最為優(yōu)秀的王懷民(李光潔 飾)、何吟薇(徐筠 飾)夫婦卻受到了校長的熱情挽留。直到上了歸國的列車，凱華等人才知道懷民夫妻不僅拒絕了校長的邀請，還將大家的實驗數(shù)據(jù)藏在油畫中帶了回來?；疖嚨秸?，有臺灣方面的特務搶奪懷民帶回來的數(shù)據(jù)，幸好有志愿軍戰(zhàn)士陶志綱(李健 飾)幫助追回。但被特務所傷的何吟薇難產(chǎn)死亡，臨死前將剛剛出生的兒子托付給了幫助她的護士楊佳蓉(高露 飾)。