本片通过三代知识分子的经历，以史诗的手法，描述了20世纪中国当代科学和教育家波澜壮阔的奋斗史，塑造了以钱学森、华罗庚、邓稼先、钱三强、朱自清、周培源、吴有训等为创作原型的卓然不凡的艺术群象，生动再现了从抗战爆发的清华北大到烽火硝烟的西南联大，再到新中国诞生之初，一代学子在烽火硝烟中发奋学习长大成人，赴美留学，并取得令世界瞩目的科学成就，最终冲破重重阻挠，毅然返回祖国贡献青春和才华，以满腔热血和拳拳的赤子之心奠基共和国科教大厦的史实。

青年知识分子潘国强在新婚之夜，秘密被国家征召，前往荒无人烟的金银滩草原，参加一项绝密的重大国防工程建设，新婚妻子蓝梅从此失去了他的音讯。在金银滩草原，他和魏建等一批同志，靠着忠诚的信念和永不放弃的坚韧，克服了自然条件、技术贫乏和三年自然灾害，牺牲了自己最美好的年华，乃至生命，在草原中建立起了一座原子之城——221基地，几年后，蓝梅也被国家派往221基地，但由于严格的保密条例，两个人却不知道彼此仅仅一墙之隔……就在工程即将成功之际，两个人终于相见，但一场草原大火，潘国强身负重伤，被倾心他已久的藏族姑娘卓玛私下带到了遥远的祁连山下，就此失踪……