1937年，抗日戰爭全麵爆發，北京，天津等地相繼陷落。一年後，國內的愛國知識份子紛紛投身到抗日洪流中。物理學專家熊大縝馬上出國留學，臨走之前，熊大縝去見一個叫陳廣的共產黨員。
陳廣察覺周圍湧現了特務，於是沒有讓熊大縝靠近，而是示意熊大縝止步。熊大縝並沒有感覺到潛在的危險，當他想向陳廣打招呼的時候，陳廣忽然掏出手槍，對準周圍的便衣開槍。
槍聲驚嚇到了來往的行人，許多行人發出尖叫聲，捧頭鼠竄。熊大縝在混亂中藏到了一輛汽車旁邊，陳廣跟幾個特務槍戰，接連打死打傷幾個特務。
一支日軍小分隊趕了過來，日軍士兵端起步槍向陳廣射擊。陳廣打光了子彈，向日軍扔擲手雷。手雷落到日軍們身邊，但並沒有爆炸。
日軍們乘隙開槍打死了陳廣，熊大縝藏在汽車外麵，心如刀割，流下了悲憤的淚水。日軍隊長走到手雷旁邊，若無其事抬腿踢走了手雷。
八路軍缺少軍工人才，研製出來的手雷不隻威力小，並且還經常啞火。日本人把八路軍的手雷當成玩具。
熊大縝為犧牲的陳廣心痛，向葉老師提出取消出國計劃。葉老師極其看重熊大縝，他提醒熊大縝應該出國深造，往更高層次進展，而不是留在國內死磕炸藥。
熊大縝不認同葉老師的觀點，國難當頭，日軍在中華大地橫行強橫，凡是有血性的國民，都應該為國家貢獻抗日力量。
熊大縝決定教八路軍造炸藥，他原來要跟女友宜茗快結婚了，但他最後還是選擇了保家衛國。
宜茗跟熊大縝合影一張，倆人約定倆年後見麵。時間一到，如果熊大縝不赴約，宜茗就遷居。
熊大縝放下兒女情長，在好友王德熙的陪同下在八路軍軍隊教授炸藥知識。在熊大縝的指導下，八路軍士兵們對炸藥有了一定的認識。
製造炸藥需要從莊稼裏麵提練，八路軍軍隊大量收購莊稼，引起了日本人注意。莊稼銷量開始被日本人操縱，八路軍軍隊無法大量收購莊稼，研製炸藥進度遇阻。
熊大縝想到了新-的方法，但新方法需要更難找的原材料。熊大縝離開軍隊，幾經輾轉，終於找到了原材料。他不負大家希望，成功研發出了威力大的炸藥。
任務已經完成，倆年後，熊大縝收拾行李，前往宜茗住處。他來到宜茗家...的時候已經是晚上，一個賣煙的少年透露宜茗已經遷居了。
熊大縝未能見到宜茗，他沒有出國，也沒有去找宜茗，而是回到了軍隊裏麵。軍隊的老師正在教士兵們識字，熊大縝聽著士兵們識字念書的聲音，臉上露出欣慰的笑容。