1958年，大跃进的浪潮席卷全国，如火如荼。安江农校的青年教师袁隆平尊重科学，潜心研究生物遗传学。他独特、富有哲理的科学理论和实践经验受到了学生们的欢迎。可袁隆平不入潮流的所作所为，却受到了一些人的非议，女友害怕因此受到牵连，痛苦地选择了分手。
在学校的试验田里，袁隆平和学生董婕发现了一株结有230粒的“鹤立鸡群” 高产稻穗，他兴奋异常，如获至宝，天天像忠诚的卫士悉心地呵护着它。次年，袁隆平把它们当成种子培育，期待着丰收的果实。可事与愿违，这230粒种子结出的稻穗，高的高矮的矮，参差不齐。袁隆平百思不得其解……
自然灾害造成的大饥荒，使袁隆平的心灵受到强烈地震撼，他清楚地意识到：国以人为本，民以食为天，是人类的生存法则。袁隆平暗自立下誓言：一定要研究出高产的杂交稻，让天下受苦百姓都能吃饱饭，让人类远离饥饿！依据对生物遗传学的深入研究，同时，仔细观察和反复推敲，论证了先前“鹤立鸡群”的稻株就是“天然杂交稻”！从此，袁隆平杂交水稻高产梦启程了……
县委书记成洪涛是个惜才爱才的领导，当他得知袁隆平要进行杂交水稻研究，给予了充分肯定和支持鼓励，并责成学校为其配备了两名助手。学生董婕一直在默默地关心老师的事业，临行前的毕业晚会上，她送给袁隆平一个放大镜，看着这份特殊的礼物，袁隆平若有所思……
有情人终成眷属，已经三十四岁的袁隆平和学生董婕走到了一起。在妻子和两名助手的帮助下，他们头顶烈日，汗流浃背，终于在茫茫的稻海里找到了败育型雄性不育株。随后，袁隆平的《水稻的雄性不育性》论文发表在《科学通报》杂志上。
在那个特殊的年代里，红卫兵把袁隆平精心培育的不育株砸了个稀巴烂，并准备批斗他。乌云遮不住太阳的光芒，袁隆平的论文受到了国家有关领导的关注，并以国家科委的名义发函，责成各级领导给予支持和重视。杂交水稻研究得以继续，免遭厄运，袁隆平还当上了“抓革命促生产”的技术参谋。
然而，总有一些别有用心的人，对袁隆平的杂交水稻研究忌妒在心，趁着倾盆大雨之机，将袁隆平精心培育的良种毁了个一干二净，看着此情此景，袁隆平悲痛欲绝仰天长呼“这也是生命啊！”
为了加快三系配套(不育系、保持系、恢复系)育种步伐，袁隆平告别妻子和孩子，带着两个助手远赴海南，追逐梦想。历经多次失败，袁隆平意识到应该在“远缘杂交”上寻找突破。在海南人民的配合下，他们兵分几路寻找野生稻。
成洪涛到农业厅主持工作，首先就想到了袁隆平。时任农业厅办公室主任的崔灿马上和董婕赴海南找到了袁隆平，崔灿企图说服袁隆平回湖南，被一口拒绝，因为他不想错过野生稻一年一度的抽穗扬花期。董婕把父亲病逝的消息告诉他，袁隆平悲痛万分，在稻田边跪拜远逝的父亲。
成洪涛带着专家远赴海南，目的是为了求证袁隆平的研究成果和进展情况。水稻专家的冷嘲热讽，不但没有削弱袁隆平的锐气，反而更加坚定了他的信念，袁隆平充满激情地说道：“就算撤消项目，停拨科研经费，我也决不放弃！”成洪涛从袁隆平的眼神里看到了成功的希望。
野生稻和栽培稻的杂交成功，预示着“三系”配套的最后一道难关已攻破。全国十八个科研单位几万制种大军汇集海南，协作攻关，大面积育种，在全国推广。
袁隆平发明的杂交水稻技术是中国继四大发明以后的第五大发明，他为世界粮食安全作出了杰出贡献！
公元1999年，经国际小天体命名委员会批准，北京天文台发现的小行星，被命名为“袁隆平星”。
现实中的袁隆平仍在追逐梦想，探索着超级杂交水稻的新领域……