1955年，一種脊灰病毒引起的急性傳染病突然爆發(fā)，孩童一旦感染，輕則癱瘓，重則死亡，霎時(shí)間，這種傳染病給數(shù)以萬(wàn)計(jì)的家庭帶來(lái)滅頂之災(zāi)。一個(gè)叫阿楚的廣西小男孩感染脊灰病毒，他被父母關(guān)在家里，不許他和外界接觸，他只能透過(guò)窗戶感受溫暖的陽(yáng)光，父親還把窗戶死死關(guān)住。阿楚的好朋友阿牛剛剛因?yàn)椴∏閲?yán)重不治身亡，父母不想阿楚再有任何閃失。

1960年，中國(guó)醫(yī)學(xué)院病毒研究所專家顧方舟臨危受命，他帶著科研團(tuán)隊(duì)來(lái)到云南昆明，不眠不休研發(fā)脊灰病毒疫苗，他們用來(lái)做實(shí)驗(yàn)的第三只猴子服用了疫苗三天之后死亡，顧方舟心急如焚，女助手蔣競(jìng)武對(duì)猴子的尸體進(jìn)行解剖，不排除個(gè)體過(guò)敏的因素，建議再次進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)在只剩下一只猴子。

顧方舟再次派助手小丘去山下的肉聯(lián)廠采集牛血清，他不敢耽擱，可每天來(lái)回一次就要四個(gè)小時(shí)，小丘心生不滿，顧方舟接到上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的電話，他承諾三周之內(nèi)就能取得突破性進(jìn)展。

助手小丘鼓足勇氣向顧方舟提出建議，勸他像國(guó)外專家一樣用死疫苗，現(xiàn)在早就成功了，顧方舟考慮到國(guó)家貧困以及疫情蔓延的現(xiàn)狀，死疫苗就要打三針，只有研發(fā)活疫苗，一針就能控制住病情，小丘不想跟著顧方舟繼續(xù)浪費(fèi)時(shí)間，決定改換到臨川醫(yī)學(xué)專業(yè)，顧方舟也不勉強(qiáng)。

顧方舟堅(jiān)持給四號(hào)試驗(yàn)的猴子注射疫苗，三天時(shí)間過(guò)去了，猴子沒(méi)有任何異常，顧方舟因?yàn)閯诶圻^(guò)度差點(diǎn)暈倒。顧方舟不由想起五年前的事，阿楚一直高燒不退，母親心急如焚，只能給她物理降溫，阿楚漸漸感覺(jué)不到自己雙腿的存在，時(shí)而清醒時(shí)而昏迷，母親終日以淚洗面，父親走投無(wú)路只好來(lái)求顧方舟救命，顧方舟來(lái)看阿楚，阿楚說(shuō)出自己的愿望，他想當(dāng)醫(yī)生，把那些有脊灰病的孩子都治好，最后，阿楚把自己的牙交給顧方舟，拜托他送給牙婆婆完成心愿。

經(jīng)過(guò)顧方舟和團(tuán)隊(duì)成員不懈努力，四號(hào)試驗(yàn)的猴子已經(jīng)順利度過(guò)危險(xiǎn)期，這就說(shuō)明動(dòng)物實(shí)驗(yàn)體終于成功完成，小丘主動(dòng)要求繼續(xù)留下來(lái)，顧方舟卻無(wú)法放松，他擔(dān)心找不到合適的人做試驗(yàn)，就想到了用自己做第一個(gè)試驗(yàn)體，妻子李以莞想讓他晚幾天，顧方舟不想再等。

第二天一早，顧方舟準(zhǔn)備以身試藥，團(tuán)隊(duì)成員苦苦規(guī)勸，顧方舟心意已決，他把阿楚送的牙交給小丘，然后端起來(lái)疫苗一飲而盡。顧方舟研發(fā)出脊髓灰質(zhì)炎糖丸，在中國(guó)人民共和國(guó)成立70周年的時(shí)候，習(xí)近平主席簽署主席令，授予顧方舟等五人為“人民科學(xué)家”這一國(guó)家榮譽(yù)稱號(hào)。