然而有那么一群年輕人，為了祖國的科學事業，甘愿扎根偏僻荒蕪的戈壁灘，奉獻自己的青春。其中李健飾演的陶志綱是一名退伍軍人，剛從抗美援朝的戰場上榮譽歸來，性格比較耿直，一見面就開始與王懷明互懟。
李光潔飾演的是王懷明，他是從蘇聯留學歸來的科研工作者。為了將重要且秘密的科研數據安全地帶回國內，他用高端的無機顏料將數據寫到了油畫上。回國后他開始用酒擦油畫，而陶志綱卻認為他在浪費糧食，因此兩個人產生了隔閡。這也導致王懷明遞交的政審未通過，意味著他沒能成功進入研制原子彈的基地。
不過后來經過組織詳細調查之后，發現了事情的真相。最終王懷明成功加入了中國共產黨，開始為研制原子彈的事業貢獻自己的力量。演員徐曉璐所扮演的鐘心是一位從美國留學歸來科研工作者。她的打扮非常的時尚，性格也很活潑，不過有一點傲嬌。與同事相比，她儼然是一副資產階級做派。不過她愛護祖國的心跟其他人是一樣的，她引進了國外的先進思潮，并且一直聽從組織的安排，在研制兩彈的過程中不斷更改研究方向，只為更早研制出強大的國防武器。