该剧讲述了新中国成立初期，科研工作者扎根戈壁、奉献青春的传奇故事。建国初期，只懂科研不懂生活的“傻子”物理学家王怀民留苏归国后不久，妻子就因难产而亡，妇科医生杨佳蓉主动承担起照顾新生儿的责任。1958年二机部九所成立后，王怀民与科学家彭雄飞、黄凯华等人加入九所开始了原子弹研发工作。他们在研发过程中渡过了研发条件艰苦、自然灾害、中苏关系破裂等重重危机。同时，军人陶志纲带领着军队在罗布泊无人区中建立起试验基地。解决了设计方案、浓缩铀提炼等难题后，科学家们自主研发的原子弹终在1964年成功引爆。可是王怀民却因为长年艰苦工作和核辐射患上癌症，在生命的最后，王怀民终于明白生活的真谛，与杨佳蓉结为夫妻。
李光洁 饰 王怀民；李光洁的形象硬朗中带着忧郁，有着很强的可塑性。在娱乐圈真正要走到一线必须要用电影来说话，而这方面是李光洁比较缺少的。总体上来说，李光洁整个给人的印象就是电视剧演员，应多向电影方面发展。李光洁是勤奋的演员，他热爱这份演员这个职业，靠努力勤奋在业内受认可。
高露 饰 杨佳蓉；从《家，N次方》 中知性女人“栗子姐”，到《离婚前规则》中坚强仗义的“剩女”赵亚彤，再到《我的经济适用男》中接地气儿的“邻家女”杜美美，高露凭借脱俗、优雅的气质和干净的表演演绎了大气沉稳的都市白领形象。在都市剧《好男儿之情感护理》中，高露自然娴熟的演技和恰到好处的肢体语表达，给观众留下深刻印象。在片尾曲《爱情没什么道理》的演唱中，她空灵飘逸的音色，自然柔美嗓音将这首唯美、甜蜜，还带有一丝淡淡忧伤的歌曲演绎的让人为之动容。
李健 饰 陶志纲；青年演员李健曾在荧屏上塑造了性格各异的“硬汉”形象，《战魂》里的忠孝也是一个铁骨铮铮的“硬汉”，可前期却是一副“公子哥”做派的“小书生”。自认“长了一张硬汉脸”的李健只好在眼神上做文章，将忠孝的讲究和洁癖演绎得十分生动，而网友们也在网上评论称“李健的眼睛里面很有内容，对情感的表达很有力，眼神中的情绪也很饱满”，李健演绎书生忠孝，可谓靠眼技取胜。
徐晓璐 饰 钟心；徐晓璐外形清纯靓丽，做事果断。在网络剧《一起同过窗》中，徐晓璐的接近本色的出演方式，又是该剧的颜值担当，并凭借火辣身材，成功俘获了一大批粉丝的芳心，获得了影迷们的一致好评。在微电影《治愈之岛》中，徐晓璐对剧中人物形象的刻画深入人心，是当下娱乐圈拥有较大上升空间的青年演员。
