該劇講述了新中國成立初期，科研工作者紮根戈壁、奉獻青春的傳奇故事。建國初期，只懂科研不懂生活的“傻子”物理學家王懷民留蘇歸國後不久，妻子就因難產而亡，婦科醫生楊佳蓉主動承擔起照顧新生兒的責任。1958年二機部九所成立後，王懷民與科學家彭雄飛、黃凱華等人加入九所開始了原子彈研發工作。他們在研發過程中渡過了研發條件艱苦、自然災害、中蘇關係破裂等重重危機。同時，軍人陶志綱帶領著軍隊在羅布泊無人區中建立起試驗基地。解決了設計方案、濃縮鈾提煉等難題後，科學家們自主研發的原子彈終在1964年成功引爆。可是王懷民卻因為長年艱苦工作和核輻射患上癌症，在生命的最後，王懷民終於明白生活的真諦，與楊佳蓉結為夫妻。
李光潔 飾 王懷民；李光潔的形象硬朗中帶著憂鬱，有著很強的可塑性。在娛樂圈真正要走到一線必須要用電影來說話，而這方面是李光潔比較缺少的。總體上來說，李光潔整個給人的印象就是電視劇演員，應多向電影方面發展。李光潔是勤奮的演員，他熱愛這份演員這個職業，靠努力勤奮在業內受認可。
高露 飾 楊佳蓉；從《家，N次方》 中知性女人“栗子姐”，到《離婚前規則》中堅強仗義的“剩女”趙亞彤，再到《我的經濟適用男》中接地氣兒的“鄰家女”杜美美，高露憑藉脫俗、優雅的氣質和乾淨的表演演繹了大氣沉穩的都市白領形象。在都市劇《好男兒之情感護理》中，高露自然嫻熟的演技和恰到好處的肢體語表達，給觀眾留下深刻印象。在片尾曲《愛情沒什麼道理》的演唱中，她空靈飄逸的音色，自然柔美嗓音將這首唯美、甜蜜，還帶有一絲淡淡憂傷的歌曲演繹的讓人為之動容。
李健 飾 陶志綱；青年演員李健曾在熒屏上塑造了性格各異的“硬漢”形象，《戰魂》裡的忠孝也是一個鐵骨錚錚的“硬漢”，可前期卻是一副“公子哥”做派的“小書生”。自認“長了一張硬漢臉”的李健只好在眼神上做文章，將忠孝的講究和潔癖演繹得十分生動，而網友們也在網上評論稱“李健的眼睛裡面很有內容，對情感的表達很有力，眼神中的情緒也很飽滿”，李健演繹書生忠孝，可謂靠眼技取勝。
徐曉璐 飾 鍾心；徐曉璐外形清純靚麗，做事果斷。在網絡劇《一起同過窗》中，徐曉璐的接近本色的出演方式，又是該劇的顏值擔當，並憑藉火辣身材，成功俘獲了一大批粉絲的芳心，獲得了影迷們的一致好評。在微電影《治癒之島》中，徐曉璐對劇中人物形象的刻畫深入人心，是當下娛樂圈擁有較大上升空間的青年演員。
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