《激情的岁月》主要讲述的是青年科学家们为祖国建设原子弹的故事。中国政府决定自主研发原子弹，这一消息引得众多爱国学子纷纷回国，参与到中国的科研建设中。著名科学家钟培林决定回国，与华裔科学家秘密见面，他们始终相信党，相信中国。王怀民和何吟薇夫妇二人也拒绝苏联的优厚待遇，毅然回国。王怀民的研究成果不幸被特务盯上，在争夺箱子的过程中，何吟薇也不幸产后大出血身亡，并在最后将孩子托付给杨佳蓉。
方明将军问钟培林是否愿意为了研究新的领域而放弃名誉甚是自己的名字。钟培林表示愿意并且将自己的名字改为钟爱国。在与苏联专家开会的时候，专家们说中国建成原子弹需要十年，因为国籍衰弱，这让去开会的一些人心里很不是滋味，王怀民是个科研怪才，但是在国内多数人对他有意见，而他本人不在意，只醉心于科学研究，并且秘密成立研究小组。
在进行科研过程中，因受辐射进了医务室，杨佳蓉生气又难过，怪他不好好保护自己，之后王怀民对杨佳蓉动心。王怀民实验没有突破，钟心研究也陷入了瓶颈，杨佳蓉的防辐射装备正等待升级，成格勒牺牲，一切都陷入困境，但是所有人都没有放弃，仍然奋斗在科研事业。最终，原子弹爆炸成功，所有人都感到非常骄傲。王怀民却身患辐射病不想连累杨佳蓉，但还是被她发现，在最后二人结为夫妻。在这个艰难的任务完成后，新的挑战又开始。