在近代中國的發展曆史中，有着衆多為中國崛起和複興的科學家，他們不被世人所熟知，一生默默無聞。郭永懷就是其中之一。一生跌宕起伏，卻從未改變為祖國奮鬥與犧牲的使命。
1909年，郭永懷出生于山東威海榮成縣一個普通農民家庭。郭永懷從小天資聰慧，對于事務的接受能力非常快速，但因家境貧寒緻使9歲才開始上國小。然而，這并沒有阻礙郭永懷的學習之路，在刻苦的學習下，于1926年成功考入了青島大學附屬中學，并且成為當時家鄉的第一個公費中學生。
後來，郭永懷憑借着刻苦的學習精神一路“披荊斬棘”，以優異的成績被南開大學預科理工班錄取，後來，又進入了北京大學實體系深入學習。在此期間，這不僅讓郭永懷擁有了紮實的實體基礎，還讓他心中萌發了“科學救國”的想法。
1935年，郭永懷從北京大學畢業後選擇了留校任教。然而，1937年中日戰争爆發之後，北平淪陷，郭永懷為了躲避戰亂不得不回到家鄉威海任教。期間，郭永懷親眼目睹了日軍的狂轟濫炸，也看到了國家的貧困落後。于是，便決定繼續進修，以此來幫助中國發展。
1939年，郭永懷成功獲得了中英“庚子賠款公費留學生”的資格。然而，在登船時發現，留學生的護照都是由日本政府所頒發的，郭永懷不願接受在自己的國家上需要用日本給的護照，便拒絕了前往英國的學習機會。
1940年，郭永懷又接到了前往加拿大留學的通知。後來，在進入加拿大多倫多大學應用數學系學習，在數學系主任辛格的指導下，郭永懷隻用了半年多的時間就完成了碩士學位論文。這不禁讓衆多教授為此感慨，從來沒有見過這麼優秀的人才。
次年，郭永懷又前往了美國加利福尼亞大學理工學院繼續深造，這正是在這裡認識到了他的師兄錢學森，經常一起讨論問題和研究學術。
1945年，郭永懷博士畢業後，應師兄威廉與西爾斯的邀請，進入美國康奈爾大學任教。也正是在這段時間内，郭永懷進入了實體研究的黃金時期。例如，為了解決飛機聲障的難題，郭永懷與錢學森一起提出了“上臨界馬赫數”。
也正是在康奈爾大學任教期間，郭永懷還認識了自己的摯愛李佩。郭永懷在愛情與事業雙豐收的情況下，卻沒有忘記當時出國的目的，“學成歸國，科學救國”。然而，美國得知郭永懷想要回國的消息後，便以優厚的待遇以及地位吸引他。
但是，郭永懷并沒有接受美國提供的優厚待遇。是以，這也使得郭永懷進入了美國人員的“黑名單”，經常受到監視，同時他的相關科研也會受到阻礙，不允許進入美國核心機關查閱資料。
然而，在經過多方努力下，郭永懷終于帶着妻女登上了回國的輪船。回國後，郭永懷在錢學森的邀請下擔任着中國力學研究所的副所長。由于當時中蘇關系的轉變，蘇聯将所有的科學家都撤離了中國，并且帶走了所有的研究資料。
于是，包括郭永懷在内的衆多科學家開始了原子彈的自研工作，并且将自己多年積累的數學、力學以及航空力學知識全部運用到國家核武器的研制工作中。
最終，在郭永懷、錢學森等衆多科學家夜以繼日的反複實驗和資料測算下，大陸第一顆原子彈于1964年成功試爆。3年後，大陸第一顆氫彈也成功試爆。大陸核武器的成功研制，不僅讓大陸成為了全球第五個擁核國家，還進一步提高了大陸的國防戰略實力。
大陸核武器研制成功後，接下來就是準備人造衛星與核熱彈的研制工作。郭永懷再一次進入了風沙遍地的戈壁之中，經過2個多月的反複實驗與發現，終于了突破性的發現進展。于是，郭永懷便想盡快将這個消息送到北京，便聯系了最近回北京的飛機。
然而，就在飛機距離北京還有1公裡的距離卻不幸發生了事故，郭永懷為了保護檔案不受損壞，與秘書緊緊相擁，将重要檔案藏于身體之間。正是如此，将大陸重要的熱核飛彈資料儲存了下來。
22天後，科學家團隊利用相關檔案的重要資料和方法成功研制并試爆了大陸第一顆熱核飛彈。
郭永懷一生都默默奉獻，為實作中國偉大複興而不斷努力，舍身忘我。1999年，大陸為了獎勵郭永懷為中國建設做出的巨大貢獻，授予“兩彈一星”勳章。