陶志綱帶王懷民去見久別的楊佳蓉，王懷民一時激動，突發(fā)高原反應(yīng)。彭雄飛在排隊領(lǐng)取物質(zhì)的時候和黃凱華說自己強烈感覺到彩蘭的存在，黃凱華寬慰彭雄飛基地這么大兩人相遇概率低。很多同志都有高原反應(yīng)就彭雄飛活蹦亂跳的收拾東西卻突然聽見彩蘭的聲音，彭雄飛呼喊一聲小李來的果然是彩蘭，彩蘭能干的熱心腸還在。此時基地正在大面積爆發(fā)高反，醫(yī)院人滿為患。基地條件惡劣，寒冷和饑餓成了兩大難題。如果不能及時解決饑荒問題，日后造成的后果不堪設(shè)想，更何談繼續(xù)研究原子彈，但全國的形勢都是如此嚴(yán)重也沒辦法。
鐘心攔住陶志綱解釋清楚兩人之間的事情，陶志綱就是認(rèn)死理負(fù)責(zé)任要娶鐘心為妻。彭雄飛在王懷民面前嘚瑟自己的身體健康，楊佳蓉一來黃凱華就識趣地帶走了彭雄飛，讓楊佳蓉和王懷民單獨相處。王懷民一看見楊佳蓉轉(zhuǎn)身就走的原因是生氣楊佳蓉離開沒有留下只言片語，楊佳蓉直白說出自己沒有照顧振理和王懷民的義務(wù)，自己也要完成自己的任務(wù)。王懷民不得不承認(rèn)楊佳蓉的話，兩人的談話對之間的感情沒有任何作用。彭雄飛從黃凱華處得知陶志綱向鐘心求婚的事情，恰好被鐘心聽見。
鐘心生氣地不行不僅大罵陶志綱腦子有問題而且直接斷絕了自己和彭雄飛的關(guān)系。李彩蘭給大家做了床墊，彭雄飛雖然嘴上不承認(rèn)，心里還是記得李彩蘭的好意。西部晝夜溫差大必須學(xué)習(xí)特有的睡覺姿勢晚上才不會被凍著。王懷民病情稍微好點就回到了宿舍研究原子彈，從包里無意中掏出了要送給楊佳蓉的胸針，王懷民上次暈倒是因為要向楊佳蓉表白但真正面對的時候卻又膽怯了。基地糧食儲備見底，隨之而來的大旱，使所有工作都進展緩慢，基地陷入沒糧沒水的窘境。李彩蘭心里著急，開辟了一小塊田地，試著種些糧食。
基地水資源越發(fā)難得清水很少，彩蘭開辟的小塊田地也不容易。黃凱華將彭雄飛帶至菜田讓他好好看看彩蘭的辛苦付出，彭雄飛喊出做網(wǎng)撈小魚的彩蘭，兩人之間的婚約他還是不想再提起，彩蘭這么久以來也沒有提過婚約，彭雄飛別別扭扭說出一句關(guān)心彩蘭的話讓彩蘭開心地不行。基地一天就一杯口糧水彩蘭也省下了倒在一個罐子里。
傅首長看到彩蘭的小土豆田發(fā)出了小苗但是土豆長得并不好，不光光缺水問題還有土壤，傅首長建議彩蘭往里面撒一點硫磺粉試試。研究基地試驗出現(xiàn)冷凝器報警，看到實驗室機器的U形管有冷凝水，王懷民靈機一動將同志們的口糧水灌入儀器降溫，溫度是降下來危機也暫時解除。楊佳蓉日夜操勞，還把最后的水給了病人，自己幾近昏厥又沒有水可以緩解。
鐘心途中遇見老格勒也要騎馬，雖然騎的不錯卻意外快要倒下時被陶志綱扶了一把，陶志綱擔(dān)心鐘心出意外。楊佳蓉暈倒時幸好王懷民出現(xiàn)，拿出了一瓶清水讓她清醒過來。鐘心拿口糧水給自己做清潔，這讓陶志綱看不習(xí)慣提出批評，演示沙子洗手給她看，然后又脫下鞋子把腳埋進沙子里解乏，鐘心被陶志綱一激也脫下鞋子學(xué)著把腳埋進沙子里，果然很舒服解乏，這個時候氣氛很好陶志綱也唱起歌來。
王懷民背起虛弱的楊佳蓉路過科學(xué)家們掛著很多U形管的樹木，這是利用晝夜溫差收集一點點水分，王懷民答應(yīng)多做些集水器也給醫(yī)院一些。陶志綱將烘干的戈壁沙鼠肉哄騙鐘心吃下又告訴其真相惹得鐘心一陣惡心，鐘心想出了不知道什么辦法可以讓陶志綱與自己扯平。王懷民要做集水器，其他技工都覺得難，陸大海及時接手，答應(yīng)很快給王懷民成品。大海嘴硬告訴王懷民自己根本不愿意來戈壁這種沒水沒糧的地方，但是回到上海生活又回歸平庸毫無理想平淡過完一生，而這個時代國家急需王懷民和大海這樣的天才，燃燒釋放自己為了讓國家更好，大海認(rèn)可王懷民的話轉(zhuǎn)變了想法。
西部基地第一次爆轟試驗，彭雄飛昏倒了，牛玲博士說這是最嚴(yán)重的急性高反已經(jīng)引起了腦水腫。彭雄飛一開始沒有出現(xiàn)高反但是突然集中爆發(fā)更加危險。王懷民托石紅英帶話給楊佳蓉要找她有事，石紅英關(guān)心兩人的進展又被楊佳蓉錯開。經(jīng)過救治，彭雄飛艱難脫險，他一醒來，就見到李彩蘭端著藥坐在自己床前。彭雄飛不是很想見到彩蘭有點無奈還嚷嚷著要換護士，被石紅英一口回絕留下彩蘭繼續(xù)照顧。
夜晚，楊佳蓉一個人留在實驗室做防輻射實驗，因為連續(xù)熬夜工作還把自己的飯票分給其他人，夜晚特別餓，突然發(fā)現(xiàn)書包里有一包餅干，原來是白天王懷民悄悄留給她的，楊佳蓉開心又感動忍不住淚水留下。U形管里的水積累的不錯，王懷民向楊佳蓉透露自己小時候的夢想不是成為物理學(xué)家而是一名軍人，在戰(zhàn)場上報效祖國，但是哥哥在戰(zhàn)場上犧牲讓自己的母親根本不讓自己成為一名軍人，王懷民為了家人只好繼續(xù)學(xué)習(xí)深造物理，很幸運地遇見一位鼓勵自己的老師讓王懷民堅定走上物理的道路。
王懷民說出自己最真實的想法，信仰對于自己是有的，只是承接信仰的根基還沒有找到，也許等到原子彈成功的那一天信仰就出現(xiàn)了。干旱越發(fā)嚴(yán)重，突然吹起一股怪風(fēng)，雷達信號也異常，接著又突然發(fā)生地震。彩蘭拼命去到醫(yī)院讓眾人出跑，又背起彭雄飛沖出樓房，地震讓一些同志受傷，緊急之中楊佳蓉跑回醫(yī)院倉庫，舍命護住儀器。王懷民為保護楊佳蓉受傷。陶志綱及時趕到救出被壓住的楊佳蓉和王懷民，又帶人搶救設(shè)備，鐘心也幫助陶志綱運出設(shè)備。地震停止大家都很傷心惋惜設(shè)備和部分資料被毀，但是緊接著下起了大家期待已久的大雨令大家看到希望。
干旱危機終于過去，但也造成了巨大損失，還有同志為保護設(shè)備殉職，有些同志帶著傷堅持工作，基地里士氣低落。鐘教授向大家說明有兩位同志在地震中犧牲，找到他們遺體的時候是趴在設(shè)備上的，他們用年輕的身體保護珍貴的儀器，是偉大社會主義科學(xué)家。傅首長為大家鼓勁，告訴大家各行各業(yè)的工作人員，算起來全國還有幾十萬人在一起為原子彈事業(yè)戰(zhàn)斗。同時毛主席、周總理和黨中央對原子彈都抱有很大的期許，傅首長親自去運送黨中央特批的糧食，每個人大受鼓舞宣誓一定造出原子彈不辜負(fù)黨和人民的期許。
河水剛漲起來食堂就給大家做了魚湯，這還多虧了彩蘭提前半個月的時間就將漁網(wǎng)下到河里，結(jié)果大旱過后必有大雨，大雨來臨果然撈上了很多大魚，傅首長對彩蘭的精神很是贊許。彭雄飛因為彩蘭的所作所為也有些觸動。鐘教授一來基地就去見女兒鐘心，鐘教授得知是陶志綱糾纏自己的女兒立刻就去找其談話，陶志綱單方面追求鐘心征求過傅首長的意見，傅首長建議鐘教授不要過多參與年輕人的事情，鐘教授就是擔(dān)心陶志綱和鐘心沒有共同語言，傅首長一勸陶志綱順桿子往上爬，但是最后決定權(quán)還在于鐘心。鐘教授被勸也決定放手。
基地組織文藝活動方明將軍也來參與，大家都感嘆文藝演出規(guī)格真高，而且方明將軍的女兒也是表演中一員。彭雄飛和王懷民一起研究數(shù)據(jù)，王懷民并不想?yún)⑴c文藝演出，彭雄飛想短暫逃避科研問題去享受生活。剛落座沒多久彩蘭也坐到彭雄飛身邊，彭雄飛好奇為啥不管自己在哪彩蘭都能找到自己，彩蘭倒不客氣也不要彭雄飛感謝自己地震的時候救了他，還送給彭雄飛一雙親手做的襪子。鐘心想搬去和楊佳蓉一起住，楊佳蓉調(diào)侃等陶志綱欺負(fù)鐘心的時候自己可以鐘心收拾。
陶志綱的目光就沒離開過鐘心，楊佳蓉看透一切，感情就是很奇妙，有時候不一定條件相當(dāng)才合適，彭雄飛和彩蘭就越看越合適了。楊佳蓉和鐘心互相避開了自己的感情。王懷民在實驗室計算，黃凱華在想念江水寧，每個人都有自己的心思。文藝表演完畢，文工團的最后保留活動就是為科學(xué)家們洗衣服，文藝工作者就是從群眾中來到群眾中去，為革命工作奉獻自己的力量。方明將軍對A所受到損失很是惋惜，但好在基地有同志們的這一腔熱情在不怕這些艱難困苦的阻撓，再加上黨中央大力支持原子彈事業(yè)，方明將軍走之前將周總理給的唯一蘋果給了鐘教授，這唯一的蘋果要讓整個基地的同志們都享用。
彭雄飛和黃凱華帶著科學(xué)家們在測量蘋果體積討論如何將其均分成兩百份，可是王懷民提出整個基地上千人都在為原子彈做貢獻，如何去分呢。大家陷入苦惱，還是彩蘭玩笑似地說了一句不如將蘋果掛在那讓大家聞聞味，結(jié)果還真就從實驗室開始每個地方輪著掛蘋果聞味。王懷民組織的測算還沒有突破，鐘心的研究也陷入瓶頸。基地派出去運送糧食的老高沒有成功將糧食運回，傅首長直言形勢嚴(yán)峻，通過地圖分析和一些妥善安排，他決定不顧危險親自前往新疆押運糧食。
鐘心和張來如約去往楊佳蓉的宿舍同住，哪知道王懷民一聽說要來楊佳蓉的宿舍也跟著來送送東西，石紅英帶來了基地輪流的蘋果，王懷民受到啟發(fā)急忙回到實驗室畫圖。彩蘭則帶著楊佳蓉和鐘心去戈壁上找野兔子，而且種植的土豆也成功長大了，彩蘭堅持不放棄的精神才是種活整塊田地的重點。陶志綱餓著肚子挑燈自學(xué)物理，恰好被一墻之隔的鐘心聽到。陶志綱認(rèn)為不能了解科學(xué)家們在干什么如何去保護他們，鐘心感動于陶志綱的熱忱，決定幫助他學(xué)習(xí)。
彭雄飛的實踐數(shù)據(jù)和黃凱華計算的理論數(shù)據(jù)不對，兩人發(fā)生爭執(zhí)，其實理論和實際必須聯(lián)系在一起不可分割，兩人才和好。楊佳蓉為王懷民做了一件防輻射材料的馬甲，王懷民卻說面臨困境，楊佳蓉的實驗進展倒還不錯，王懷民不知如何度過現(xiàn)在的困境，而楊佳蓉他們心中的信仰并不能解決目前的問題，王懷民覺得應(yīng)該在全所成立精英體制，并且希望楊佳蓉專注學(xué)術(shù)。楊佳蓉認(rèn)為王懷民是希望自己成為第二個何吟薇，王懷民的思想離一個真正的社會主義科學(xué)家還有很長一段路要走。王懷民根本不知道什么是一名社會主義科學(xué)家。
原子彈研究基地糧食短缺，中央安排軍隊將一批食材和糧食盡快運送分派給專家和技術(shù)人員，傅首長在運送糧食的途中，車輛受損可能無法走出沙漠，車子不斷擱淺糧食可能無法全部運出，傅首長指示無論如何都要將糧食運回基地。受到蘋果外層果蠟的啟發(fā)，王懷民想到在原子彈中加入反射層，進一步縮小鈾球尺寸，這樣不光能使原子彈釋放能量加大而且可以縮小原子彈的材料用量。傅首長帶隊押糧遭遇風(fēng)暴，已經(jīng)丟失了幾車糧食運送的同志們非常自責(zé)不舍得吃口糧，于是戰(zhàn)士們只用駱駝草籽果腹將僅存的糧食省給科學(xué)家。鐘心輔導(dǎo)陶志綱的學(xué)費就是一頓飯，兩人約著晚上上課的事情被彩蘭聽見。傅首長押運的糧食終于到達，可以讓基地的同志吃頓飽飯了。