大头儿子尽管聪明懂事，却到底只是个孩子，无法克制内心里爱玩的冲动，耽误了学业，将这一切看在眼里的围裙妈妈十分焦急，不知该如何是好。某日，小头爸爸在偶然之中遇见了一位名叫王博士的神秘人物，王博士发起了名为“一日成才”的行动，声称能在极短的时间内制造天才。望子成龙的围裙妈妈决定将大头儿子送到王博士处进行“改造”，而事情的结果也令她感到十分满意，然而，随着时间的推移，大头儿子身上开始慢慢浮现种种弊端，与此同时，王博士一手策划的阴谋亦渐渐浮出了水面。

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。