1937年，中华民族进入了最为苦难的一段时期。日寇侵华，血腥的铁蹄踏遍神州，熊熊战火灼烧着祖国每一寸土地。在国难当头的危机时刻，留学多年的数学博士陈家鹄（郭晓冬 饰）携日籍妻子惠子（尹媗 饰）回国，希望奉献自己渺小的光和热。由于他在国外曾对日本的电报密码有所了解，因此陈成了日寇急欲猎杀的目标，也成为国民政府积极网络的对象。经过一番波折，他最终加入国民党军统下辖的密电破译机构“黑室”的一员，虽然憎恨国民党的腐败，但是受制于人的陈仍被迫为黑室工作。在此期间，他和惠子也因身份的特殊屡遭军统刁难。与此同时，我党人员成功打入黑室，为了新中国的建立做着最后的努力……本片根据著名作家麦家的同名小说改编。
故事发生在第二次世界大战期间，人们亲临了在广岛和长歧上空的蘑菇云之后，科学与应用科学的碰撞带来的灾难性对于我们世界的持续安全性来说，是显而易见的。美国几乎在核竞争中失败。世界不会再冒险召唤一次死亡的蘑菇云。在阿尔伯特·爱因斯坦和一些值得信任的顾问的帮助下，亨利·S·杜鲁 门总统授权在偏远的大西洋西北进行一个住宅区发展计划。这是一个保护并且照料美国最有价值的脑力资源的地方。在那儿，我们国家最伟大的思想家，超级天才们致力于创造科学成就的新纪元，而他们的生活和工作会得到非常好的支持氛围。
