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。
吴磊 蒋勤勤 陈建斌 王佳佳 闫楠 吴彼 王宏伟 钱坤 鞠帛展 梁龙 五百 孙强 王川 马大智 吕星辰 陈禹同 陈佳宁 吴金鑫 杨棽 张楚文
陈建斌 蒋勤勤 雷恪生 倪大红 马伊琍 赵丽娟 王绘春 王辉 高斯 吕中 陆剑民 博弘 张洪睿 谢钢
田雨 李光洁 关晓彤 王楷勝 赵阳 辛柏青 秦海璐 孙红雷 段奕宏 刘烨 陈建斌 廖凡 张艺兴 罗一舟 朱颜曼滋 吴谨言
赵薇 Wei Zhao 谢霆锋 柳云龙 孙海英 陈建斌 牛莉 洪剑涛
袁立 黄维德 桑叶红 孙茜 秦怡 谢芳 吴军忱 任东霖 佟丽娅 郭珍霓 葛蕾 练练 江子希 张迪 石筱群 白庆琳 赵静 杨曼琴 田野
黎小田 曾万灵 邓祥 袁立祥 卢九 谢贤 南红 姜中平
张瑛 白雪仙 冯峰 周志诚 梁淑卿 甘露 冯应湘 高鲁泉 陈立品 袁立祥
钟汉良 袁立 巍子 陈锐 宋佳 刘雨鑫 石筱群 袁苑 唐群 方子哥 刘毓滨 公方敏
富大龙 朱媛媛 刘子枫 周力
何冰 于谦 朱媛媛 徐悦 盛冠森 郭麒麟 孙越
袁姗姗 朱媛媛 张世 万思维 刘劲
李连杰 文章 桂纶镁 朱媛媛 陈燃
辛柏青 周璞 杜源 黄曼 傅迦 闫学晶 林一霆 高姝瑶 刘硕 任伟 李雨泽
涂松岩 高亚麟 王耀庆 秦博 韩童生 郎月婷 辛柏青 王仁君 寇振海 张钧甯 许文广 阿云嘎
于震 辛柏青 韩雯雯 宋运成 常铖 李嘉明 杨涵斌 赵中华 周诗璇 苏芸萌 姜华 王枫 丁军 马卫军 邵辉 陈依莎 逯长恩 黄品沅 海强 海顿 江水 赵晓明
孙俪 邓超 辛柏青 殷桃 于滨 王丽云 白志迪 王乙竹 田玲 李鑫雨 唐孜娣 周宗印
段奕宏 张译 张国强 邢佳栋 李晨 曹海涛 刘威葳 高峰 罗京民 王往 王大治 范雷 王迅 王东栋 刘天佐 谢孟伟 左腾云 赵志君 王大奇 袁菲 江奇翰 李泓良 杜建桥 张衡平 宿宇杰 马云 何杰 白恩 柯志凌 曹操 吴有才 哈斯其其格 史航 邓宝 陈思诚 张衍 李京 杨在景 李博 刁海明 兰晓龙
土豆 吕严 马旭东 王天放 张祐维 叶浏 蒋诗萌 闫佩伦 唐晓天
李菲 胡亦瑶 林泽辉
虞书欣 张凌赫 丞磊 卢昱晓 金靖 孙晨竣 田嘉瑞 温峥嵘 欧米德 左叶 纪凌尘 林子烨 梁雪峰 储子竣 曾舜晞 陈都灵 曾可妮
聂远 孙骁骁 孙之鸿 汤嬿 元彪
李菲 明加加 权沛伦 穆乐恩 略涛
侯明昊 陈都灵 田嘉瑞 程潇 林子烨 徐振轩 闫桉 欧米德 赖伟明 艾米 左叶 古力娜扎 彭小苒 丞磊 汪铎 王以纶
李雪琴 李松蔚 席瑞 李浩源 章若楠 刘博洋 蒋先贵
赵露思 刘宇宁 唐晓天 尚新月 谢可寅 唐振超 朱锐 孙之鸿 郭军 于永海 傅铂涵 王漪淼 杨朕 郜宸 张晓晨 涂凌 刘亚津 罗二羊 任正斌 杨雨婷 沈泰 陶珞依
虞书欣 丁禹兮 祝绪丹 杨仕泽 陈都灵 钟欣潼 徐海乔 保剑锋 张晨光 温峥嵘 海陆 于朦胧 费启鸣 王晓晨 车保罗 赖艺 卢禹豪
肖燕 戴向宇 岳丽娜 徐梵溪 于非凡
杨旭文 田雨 张志坚 盖玥希 赵荀 孙逊 许诗悦 夏侯镔 李幼斌 程煜 杜源 李宏毅 徐洪浩 傅程鹏 句号 郝平
阿兹·阿科斯塔 马克·安东尼·费尔南德斯 费利克斯·罗科 Shiena Verzosa Yu 胡里奥·迪亚兹 Rash Flores Shirley Fuentes Joana David Apple Castro Chad Solano Neil Suare Erlinda Villalobos Vino Gonzales Kyle Fermindoza Renz Robin Herza Maria Denice Valeda Amor Lapus
Amakawa Yuma Asami Masatoshi Kuroda Genjin Moribayashi Jyun Odagiri Ryuuichi Saitou Hideyuki Setsune Urufu Tanaka Akiho Yoshizawa
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三田友穗 朝倉しほ
演员：李亚鹏 应采儿 高虎 倪土 王亚梅 于小慧
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