清末民初，山西祁县大户田家。嗜赌成性的田耀祖（侯天来饰），居然在田家为儿子田青举行抓周庆典之际，一把输掉全部家产以及妻子淑贞（王静饰）。淑贞幸得革命党人徐木匠（储智博饰）挺身相救，才免于被奸污。徐木匠一面从事革命活动，一面接济淑贞母子艰难度日，这使田青从小就立志重振家业。
为人聪明圆滑的韦小宝（陈小春）因义气帮助“反清复明”组织天地会击退清兵后，稀里胡涂接受该组织命令潜入宫中做了未净身的假太监，准备伺机偷取藏有清朝秘密的四十二章经。偶然结识微服的康熙皇帝（马浚伟）后，两人成为莫逆之交。
背负杀父之仇的阿沐女扮男装潜进赤影山庄，却意外被少主褚景辰发现真实身份，褚景辰假装不知情与其周旋，明宠暗护，可阿沐却被仇恨蒙蔽，爱而不自知。两人历经巨变终能携手，同时也发觉，真正的仇人一直藏在暗处……
顾承泽和夏千歌本无交集，却在一次意外相遇后从一开始的固有印象，到打破对彼此的传统认知，并相互磨合，从而做出了忠于内心的选择。夏千歌本背负着来自家庭的枷锁，因为心中的责任和使命感，不敢去追求新的情感和生活。但在和顾承泽接触后，顾承泽的敢于表达，对情感和事业的反思和追求，逐渐唤醒了夏千歌内心的声音。她在屡败屡战后，终于要亲自打破命运强加于自己身上的桎梏。
一名被百年诅咒束缚的律师和一名掌握着他的自由的公务员纠缠在一起，谱出一段意外的恋曲。
本片通过三代知识分子的经历，以史诗的手法，描述了20世纪中国当代科学和教育家波澜壮阔的奋斗史，塑造了以钱学森、华罗庚、邓稼先、钱三强、朱自清、周培源、吴有训等为创作原型的卓然不凡的艺术群象，生动再现了从抗战爆发的清华北大到烽火硝烟的西南联大，再到新中国诞生之初，一代学子在烽火硝烟中发奋学习长大成人，赴美留学，并取得令世界瞩目的科学成就，最终冲破重重阻挠，毅然返回祖国贡献青春和才华，以满腔热血和拳拳的赤子之心奠基共和国科教大厦的史实。
