上世纪四十年代，加州理工学院终身教授钱学森（陈坤 饰）因为美国兴起的反共言论而备受打击。他的尖端技术研究被迫中止，并被责令出境。面对祖国的召唤，钱学森心系故土，归心似箭。然而，意识到钱学森巨大价值的美方又设置重重障碍，甚至以间谍罪逮捕他。经过一系列波折，钱学森最终被宣告无罪，并长期软禁在家中。在此期间，他写信辗转与祖国取得联系，周恩来总理亲自授命用11名美国战犯飞行员换回了钱学森，使其得以回归，继续为祖国的科技事业贡献力量。
