科技博物馆里，一个面容苍老而憔悴的女人缓慢的走着，似乎在寻找着什么。最终，她在一面墙壁前缓缓驻足，深情而有些哽咽的凝视着墙壁上展出的一张发黄的老照片，照片中，在荒凉的戈壁滩上，四个如花儿般的女青年并排站在一起，笑容如阳光般明媚。
故事发生于1960年。北京某大学青年女教师林文馨怀着忐忑的心情坐在组织部办公室，等待组织向她宣布一个极为重要的决定。林文馨不知道，这个决定将会改变她的一生。
此时，在远离基地大本营的青海高原腹地，正在勘探进行室外高爆实验最佳场所的基地队长沈毅、工程师魏明华、助手林文昊及苏联专家阿力耶夫一行人突遇沙尘暴，返回途中为躲避藏族姑娘卓玛的羊群而翻车，苏联专家受了重伤，生死未卜，被送往北京治疗，由林文昊陪同前往。
林文馨兴致勃勃的将组织的决定告诉家人，不料却遭到母亲的坚决反对。这让满怀一腔报国热血的林文馨很是疑惑不解。原来，林文馨已被组织选中，前往哥哥林文昊所在的青海基地进行保密的科学研发工作，她心中早已对这神圣的工作充满了憧憬。
回到北京的林文昊本应健步如飞的奔回家中享受与家人团聚的快乐，可恰恰相反，他一次也没有回家。
林文馨来到文昊所在的招待所看望，被文昊所描述的青海高原上伟大而神圣的高原科研工作深深感染，更加坚定了前往的决心。林文馨劝哥哥回家看望父母被文昊拒绝了。林文馨很难理解。原来，吴文昊因母亲反对自己的工作而感到愤慨，并对母亲产生看法和误解，从此不愿回家。在林文馨的劝说下，林文昊终于回家看望父母，之后又匆匆返回基地。
基地成员屡次与当地牧民交涉搬迁事宜，卓玛的父亲作为当地牧民的头人，拒绝搬离世代居住的地方。
送走哥哥的林文馨总觉得哥哥和母亲一样有事情瞒着自己，心中充满了疑虑与担忧。
林文昊等基地成员为动员牧民配合搬迁，为当地牧民放映革命影片，他们也没有把握是否能成功劝说牧民们。正当万分焦急中，卓玛的父亲决定带领牧民搬迁。
为支持祖国伟大的科研事业，牧民们成群结队的赶着马车，含泪搬离了世代居住的家园。
苏联专家阿利耶夫痊愈后与林文昊返回青海基地。夜晚，基地升起了篝火，大家围坐在篝火旁边载歌载舞，而厂长沈毅，被一通来自北京的神秘的电话叫开，放下电话后，他远远地看着篝火和欢乐的人群，心情万分纠结。