1947年，时任加州理工学院终身教授的钱学森和妻子蒋英在美国享受着至高的尊严和生活待遇。
1949年，中华人民共和国成立。正当钱学森和夫人蒋英准备归国时，美国掀起了麦卡锡主义的狂潮，对共产党人进行全面追查。新中国的成立和美国政府的迫害，让钱学森归心似箭，可是归国之路比他想象得还要漫长。美国当时的海军次长丹尼·金布尔声称：“钱学森无论走到哪里，都抵得上五个师的兵力。”关押、审讯和搜查没有将钱学森打倒。
六年后，钱学森终于回到了这片自己深深眷恋的土地上，中国的“两弹一星”工程也拉开了序幕……钱学森致力于中国的火箭研究，他凭借异禀天赋，带领尖端人才逆流而进，于1966年10月试射成功新中国第一枚核导弹。
电影用九十分钟的时长，艺术结合史实的手法，生动展现了钱学森几十年的传奇人生，而这只是历史的冰山一角，“惊世两弹，冲霄一星，尽凝铸中华豪情，霜鬓不坠青云志”。
电影真实还原了钱学森在美国生活、加州理工学院实验室工作的场景。作为一部人物传记片，该片并没有采用一般人物传记片的叙事方式展开，而是撷取主人公钱学森生命中的几个重要片段展开叙事，在主题上着力表现了科学家的爱国情怀、出类拔萃的专业知识和对我国核研制的卓越贡献；在艺术上则充分运用了现代视听语言。
