《激情的歲月》主要講述的是青年科學家們爲祖國建設原子彈的故事。中國政府決定自主研發原子彈，這一消息引得衆多愛國學子紛紛回國，參與到中國的科研建設中。著名科學家鍾培林決定回國，與華裔科學家祕密見面，他們始終相信黨，相信中國。王懷民和何吟薇夫婦二人也拒絕蘇聯的優厚待遇，毅然回國。王懷民的研究成果不幸被特務盯上，在爭奪箱子的過程中，何吟薇也不幸產後大出血身亡，並在最後將孩子託付給楊佳蓉。
方明將軍問鍾培林是否願意爲了研究新的領域而放棄名譽甚是自己的名字。鍾培林表示願意並且將自己的名字改爲鍾愛國。在與蘇聯專家開會的時候，專家們說中國建成原子彈需要十年，因爲國籍衰弱，這讓去開會的一些人心裏很不是滋味，王懷民是個科研怪才，但是在國內多數人對他有意見，而他本人不在意，只醉心於科學研究，並且祕密成立研究小組。
在進行科研過程中，因受輻射進了醫務室，楊佳蓉生氣又難過，怪他不好好保護自己，之後王懷民對楊佳蓉動心。王懷民實驗沒有突破，鍾心研究也陷入了瓶頸，楊佳蓉的防輻射裝備正等待升級，成格勒犧牲，一切都陷入困境，但是所有人都沒有放棄，仍然奮鬥在科研事業。最終，原子彈爆炸成功，所有人都感到非常驕傲。王懷民卻身患輻射病不想連累楊佳蓉，但還是被她發現，在最後二人結爲夫妻。在這個艱難的任務完成後，新的挑戰又開始。
