0世纪50年代初期，新中国一直笼罩在美国核威胁的阴影之中，就是在这样的大背景下，中国开始了核武器研究的伟大而又艰巨的征程。留美科学家钟培林教授要带着自己的学术成果回到祖国，女儿钟心劝说父亲不要这样着急，可以等自己的学术结果完成之后再回国，但是钟教授心意已决，科学没有国界但是科学家有国界，新生的祖国还需要更多科学家去建设，没有了祖国自己连名字都会没有的。

钟教授提着箱子秘密与一些留美的教授见面，其中就有一直被监视的林教授，大家正在商量如何离开美国回到祖国的怀抱，美国警察就找上门来逮捕林教授，林教授递给钟教授一张纸条，让他找到方明就能营救自己回国，随后送走了大家，自己一个人去面对前来的美国警察。钟教授等人面对美国海关层层审查，女儿钟心早已和移民局打好关系加入到今天的检查翻译工作，为父亲翻译掩盖了林教授留下的字条，使父亲得以顺利通过海关人员的检查，她和父亲分别时承诺祖国再见，父女二人依依不舍。

王怀民和何吟薇是一对留苏研究物理学的夫妻，苏联为了留住他们，开出了优厚的条件，他们可以让何吟薇和肚子里的孩子加入苏联国籍，受到最好的教育，二人能够马上进入国家科学研究院。以黄凯华为首的其他同学要离开苏联回去支援祖国建设，大家都有些瞧不起准备留下的王怀民夫妇，连招呼都没打就离开了。这些深居海外的中国科学家响应祖国号召，放弃了比较完善的科研环境义无反顾地回到祖国，这其中也包括了王怀民夫妇，他们最终放弃了苏联开出的优越条件而坐上了回国的列车，同学们都好奇王怀民和何吟薇为何要决定回国，已经进入到中国境内，妻子提示王怀民可以了，于是王怀民将深藏在画中的科研数据展示给大家看，大家看到自己精心研究的数据被他们以这种方式带了回来，都很是激动。