王怀民(李光洁 饰)在食堂里和组员讲解内爆式原子弹原理，但是五号材料推动和中子源等都是未知的，因为众多的未知都需要去探索，所以大家都有些丧气，王怀民认为自主研究原子弹就是需要从头开始。王怀民规划出了计算的重点和研究方向，给众人各自安排任务。叶昆明(王子今 饰)和组员李光华(姜文轩 饰)一起，而钟心(徐晓璐 饰)和张来一组。大家各自领了任务去完成。牛玲(康静 饰)和杨佳蓉(高露 饰)完全坦白A所的研究方向和承担的任务，杨佳蓉觉得这样太过危险需要很多牺牲。牛玲喊住杨佳蓉仔细给她讲解A所医务室的任务，就是为了帮助这些科学家保护身体，防止辐射伤害大家，杨佳蓉听完之后愿意帮助牛玲一起。
杨佳蓉坐车赶去接振理，王怀民也急着赶车要被黄凯华(朱铁 饰)喊住讨论内爆组的进度问题。可惜王怀民差了时间没能赶上公交车与杨佳蓉还是错过了。黄凯华又去到图书馆购买书籍，但是太过入迷研究数据和女收银员闹了个误会。王怀民终于赶到幼儿园和振理、杨佳蓉见面。三人一起开开心心地一起去玩耍，像真正的一家人一样又一起吃晚饭，杨佳蓉和王怀民提起自己调到了一个新单位而且也是保密单位，杨佳蓉有点暗示王怀民自己与他是一个单位的，但是王怀民否认了这个问题。振理开口喊杨佳蓉和王怀民爸爸妈妈，幸福的感觉在三个人直接蔓延，王怀民离开时振理抱着爸爸开心地汇报自己的科学课成绩最棒，有父母的感觉对于振理是很好的。
黄凯华在图书馆感受到了女收银员的爱慕之意也很开心。王怀民也在不停地回想振理的话，直到钟心喊他一起去401所。401所很大里面每个人都在做着实验，傅首长对钟心和王怀民说这个研究所很大，但是是专门为原子弹服务的，这是国之重器，而这个核反应堆等着钟心和王怀民有任何研究成果就可以真正发挥作用。王怀民和钟心热血沸腾不断地实验，医务室的同志们也不断在学习医学知识希望能保护到科学家们。钟心和王怀民做实验时意外突发，铀泄露，但是剂量可能较低，王怀民吸入辐射气体被紧急送入医院。
王怀民与杨佳蓉终于见面，杨佳蓉为王怀民检测身体辐射剂量，杨佳蓉却斥责王怀民忽视安全，根本没有考虑振理的感受，也因他研制武器而难过。王怀民着急知道自己到底有没有剂量过度要回去做实验，但是被杨佳蓉再次斥责留下休息。枪式组陷入瓶颈，由于设备落后等原因研究没有进展，当量过小让黄凯华隐约怀疑研究方向是不是有问题。幸好王怀民的身体没有受到辐射的损失，但是他一得知自己的情况就立刻要回去工作，正说着，钟心到医务室找王怀民问情况，等王怀民离开之后，杨佳蓉将王怀民的药给了钟心嘱咐其盯着王怀民吃药。
枪式组的几组实验结果已经出来，但是数据都很不对劲，丁向军(贺彬 饰)有点不在乎最终的原子弹效果只想完成任务，黄凯华自然不能同意，不说原子弹效果完全不如美国，而且高浓缩的五号材料贵的惊人，不能再给人民和国家添负担，大家虽然有些泄气但在丁向军的鼓励下还是打起精神继续努力。钟心忍不住向王怀民打听他和杨佳蓉的事情，这时彭雄飞(苏茂洋 饰)大喊着闯进来询问钟心的伤势，知道发生意外的是王怀民，彭雄飞顿时安心。大家发现彭雄飞因为过度实验，已经产生阵发性耳聋，彭雄飞却毫不在意自己的耳朵，高兴宣布全国最好的炸药已经配制成功，彭雄飞全程都很激动而且不暗藏自己对钟心的心思。
钟培林(牛飘 饰)兴奋宣布，五院的科学家们已经成功发射了第一枚导弹，大家既为此兴奋又感到压力。傅首长鼓励在座的各位再接再厉，国家和人民等待着原子弹的出现。王怀民变得很奇怪按时按点地去医务室报道检查身体，还特地询问杨佳蓉在不在。黄凯华自从上一次收获女收银员的小小爱慕之意之后再次去到图书馆打算和女收银员搭话，犹犹豫豫不敢上前。