第 1 季

1955年，中国政府决定开始研发自己的原子弹，这个消息在身处异国他乡的中国科学家们当中掀起了归国热潮。美国纽约州，钟培林教授准备回国。女儿钟心的研究课题正在攻关阶段，她拒绝了父亲一同回国的邀请。钟培林与几名华裔科学家在酒馆地下室秘密见面，准备回国。

北京某旧货摊，王怀民和钟培林同时看中一个老旧的仪器部件，钟培林技高一筹，最终买走了仪器。方明将军来找钟培林，问他是否愿意隐姓埋名投入原子弹的研究，钟培林毅然决定以身许国，并改名钟爱国。

怀民终于进入A所，忽然听到一段小提琴曲，与何吟薇当年拉的一模一样。怀民惊喜而去，却发现对方是个年轻的姑娘，于是黯然离开。她正是钟培林之女钟心。陶志纲质问钟心为什么要在这里拉琴，钟培林及时赶到阻止了两人的争执。

雄飞与怀民争吵离开，凯华告诉他，怀民是因为妻子吟微的过世才会如此。苏联专家丢了保密文件，陶志纲带人严查。怀民回到宿舍，只看到一片狼藉，连留声机都被陶志纲拆坏了。陶志纲调查后确定，文件是苏联人自己落在了宿舍。

为了获取苏方知识，压榨组申请组织一场舞会。借着舞会众人向苏联专家提问，但收获甚微。钟心邀请怀民跳舞被拒绝，又邀请陶志纲，结果二人又争吵了起来。怀民和安德烈坐在一边算着数独，怀民先一步完成离开会场，令安德烈暗自讶异。

王明山得到了上级的允许，告诉大家正在执行的是寻找原子弹试爆地点的任务，战士们听后热泪盈眶，表示就算牺牲也值得。终于，一幅完整的原子弹内部结构图被拼凑出来，众人欢呼雀跃，不料陶志纲突然过来询问，贸然曝光了相机底片。

研究所收到了一个写着“王收”的皮箱子，陶志纲万分警惕，不曾想箱子里装的竟然是安德烈寄给王怀民的资料。他被怀民的科研精神打动，留下这些资料帮助中国。钟培林宣布，为了记住撕毁协议的这一天，第一颗原子弹代号为“596”。

扩招的新同志们终于来到A所，杨佳蓉也进入了A所医务室，但佳蓉却并没有遇到王怀民，反而与钟心成为了朋友。枪式与内爆两个小组为了抢人花样百出，杨佳蓉却被医务室主任打发去整理堆积如山的医疗档案。

王怀民规划出了计算的重点和研究方向，给众人各自安排任务。在他认真的态度下，金花组也安心起来。杨佳蓉认为原子弹杀伤力强大，难以接受A所的研究方向，在牛玲的劝说下，她愿意投身核防护事业。

黄凯华心中烦闷，下班后又来到书店，却见江水宁只是冷漠结账。怀民边骑车子边思考问题，结果摔倒了。到了医院，没想到凯华也因为专注运算撞到铁架子上了。过度实验以致阵发性耳聋的彭雄飞和摔断了胳膊的钟心也进了医院，几个人互相嘲笑彼此是傻子。

原来李彩兰和雄飞是娃娃亲，只是雄飞并不认可这门婚事，早早就离开了家。此时正是困难时期，彩兰在奶奶饿死后，一路走了半个中国，这才找到雄飞。众人都佩服彩兰的韧劲，为她安排住处，只有雄飞不希望彩兰留下。

舞会散场，陶志纲将佳蓉留下的字条交给怀民，原来是振理高烧住院的消息。怀民匆忙赶到医院，看到佳蓉陪着小振理，感慨幸好有佳蓉的照料。

陶志纲虽然拒绝了王怀民，但其后仍为科学家们申请高级别出入证，这令组织上对他刮目相看，委派给他远赴他乡的新任务。众人为志纲饯行，却苦于物资贫瘠，多亏彩兰妙手，用野菜做出了一顿佳肴。

雄飞知道彩兰留在食堂后，连打饭都失去了勇气，没想到彩兰的好手艺却征服了同志们。研究所里，数据汇总工作完成，研究进入新的阶段，也面临着新的难题。怀民真诚的发言鼓舞了众人，大家热情投入，唯有丁向军神色不忿。

第三遍的数据演算结果依然与苏联不同，丁向军认为内爆式是个错误，被众人排斥后愤然离开。经过了九次计算，结果全都一样，此时，众人终于确信，是苏联的原始数据错了。

陶志纲带怀民去见久别的佳蓉，不料相见后，怀民一时激动，突发急性高原反应。此时基地正在大面积爆发高反，医院也人满为患。基地条件恶劣，寒冷和饥饿成了两大难题。

钟心刚与陶志纲有所缓和，陶志纲却又开始批评她连沙鼠肉都不敢吃，没法儿做共产主义战士的合格妻子。怀民要做集水器，其他技工都觉得难，大海及时接手，答应会很快给怀民成品。

领导派文工团来基地慰问演出，台下，佳蓉和钟心聊了起来，佳蓉说钟心和陶志纲最合适。方明将军临行前留下一个苹果，可谁也不舍得吃。怀民听说钟心要搬到佳蓉的宿舍，主动来帮忙。怀民看到方明将军的苹果突然有了灵感。

雄飞主动到田地里帮忙，彩兰说等基地粮食问题解决了她就会走，雄飞嘴上说着不喜欢彩兰，却忍不住出言挽留。成格勒缓和了钟心和志纲之间紧张的气氛，然而，为了多捕一些黄羊，他却误入沼泽不幸牺牲。

成格勒的牺牲，让陶志纲有所好转的战后应激创伤复发。环境艰苦，可实验却并没有停滞。怀民主动发言，否定自己的“精英理论”，申请加入中国共产党，钟心和凯华也不甘落后，向老钟提出了入党申请。

王明山被降职，怀民向父亲道歉，王明山却为儿子感到骄傲。黄凯华寄给江水宁的信，出于保密要求被陶志纲改得面目全非，凯华说这样的信毫无意义，志纲则要求凯华明确是否要和江水宁谈恋爱。

佳蓉提出，辐射防护装备的升级换代迫在眉睫，牛玲却劝她等一等，因为佳蓉有个身在台湾的二叔。丁向军咄咄逼人，对怀民的实验方向提出质疑。雄飞想提前进行核装置试验，怀民反对冒进，可这的确是给临界参数研究争取时间的唯一办法。

时间紧急，不服输的钟心为了尽早得到结果，决定土法上马，却突然遭遇意外，几人都进了医院。方小云正在播报对钟心等人的通报批评，陆大海故意弄坏线缆阻止广播，和小云一起改了稿子，通报批评变成了劝说称赞，一时间，基地众人感慨良多。

黄凯华试图劝说丁向军不要再与大家作对，丁向军似乎并不买账。实验室里，大家情绪低落，互相埋怨。调研团将一切看在眼里，方明将军也不禁摇头。这时陶志纲在黑板上写下一个个为原子弹事业牺牲的烈士的名字，科学家们动容，含泪鞠躬，丁向军也默默地流下了眼泪。

401所在中子源的研究上取得重大突破，钟心焦虑万分，她觉得第二个研究出来的人，就等于没有研究。陶志纲即将出差，他和钟心约定，比一比看他们谁先成功。

陆大海很清楚这三刀关系到数万人十年的心血，他调整呼吸，屏息凝神，在他的手下，596第一颗正样铀球顺利加工完成。401所传来实验成功的喜报，钟心忍不住在父亲面前落泪。钟培林说不论谁做出来成果，都是人民的成果，都要为祖国而骄傲。

佳蓉的研究工作得到了上级的肯定，她不由热泪盈眶。运送596的专列在狂风与夜色中前行，车上的众人看到戈壁滩上竟有路灯，细看才发现，是战士们把自己绑在木杆上，举着信号灯，为专列护航。

戈壁滩上酝酿着一场黑风暴，钟心为了追回资料却向戈壁深处跑去了。陶志纲匆忙去找，也因此负伤，却幸好在钟心即将陷入流沙之际赶到。面对即将来临的黑风暴，两人终于向对方表白心意。

王怀民申请参加回收地面核测试数据的任务，他不知道的是，此时的杨佳蓉正在为进入蘑菇云采样做准备。随着发令员的口令，起爆员摁下按钮，蘑菇云腾空而起。

怀民已经身患辐射病，虽然他有心隐瞒，却还是被佳蓉发现了。志纲和钟心还在为老钟的固执犯愁，钟心戏言不如私奔，志纲向钟心承诺一定会努力争取老钟的同意。

得知自己和钟心进入两弹结合项目，凯华有些失落。新婚不久的黄凯华和水宁幸福恩爱，却暗藏危机。两弹结合小组内部分歧重重，钟心开始与人针锋相对，经劝导后，才冰释前嫌，双方决定精诚合作。

志纲为婚事苦恼，钟心却全身心投入两弹结合研究，志纲也决定支持钟心为先。心事重重的江水宁回到供销社之后意外摔倒，被送进医院。醒来后得知自己严重贫血，竟然是基地所有人共同献血救了她。

酒泉导弹基地指挥中心，热核导弹试验即将开始。钟心作为发射控制员之一，实验失败会有生命危险。钟心告诉老钟，等试验成功，她希望和陶志纲结婚。核导弹腾空而起，两弹结合试验成功！

一场集体婚礼在基地食堂举行，怀民和佳蓉，志纲和钟心在同一天一起结婚。婚礼上，傅正川亲自致辞，所有人为他们的爱情热烈鼓掌。这个时候，公安人员悄悄控制了礼堂，他们告知怀民，佳蓉涉嫌特务活动，将被逮捕。

路途颠簸，怀民终于和佳蓉再次相见。虽然见面的时间很短，但两人倍加珍惜在一起的每分每秒。基地里，凯华叫住了彭雄飞，递给了雄飞一个研究报告，这是凯华在业余时间做的关于民用核电技术的研究。

王怀民因为劳累肺部感染，只剩下半年的生命，佳蓉明白他无法放弃研究，决定按照他的心意陪他走完最后的日子。1978年春天，全国科学大会召开前夜，佳蓉和怀民把相机摆在桌子上，微笑着留下了最后一张合影。