该剧讲述1959年的最后一天，年轻的电力机车技术员常汉卿刚刚留学归来，便与从铁道兵部队转业分配到厂里来的女战斗英雄金灿烂相遇了。来自两个完全不同世界的他们从开始的针锋相对到相知、相爱，克服了来自家庭的矛盾和外界困扰，最终结合在了一起。
从此，二人的爱情与命运也与中国的电力机车事业联系在了一起，来自生活的困难、事业的艰辛、家庭的矛盾，时刻考验着他们。他们用始终如一的信念，克服了一个又一个来自科研及生活的困难，用毕生精力共同为我国电力机车的设计研发作出巨大贡献。随着时代的不断发展，一代又一代科研人员以追求卓越、不断超越的火车头精神，实现了我国电力机车从无到有、从慢到快、从中国第一到世界第一的故事。