70年代初，上海的一个秋雨之夜医疗研究中心的科技人员陈翰如，冒雨追赶他的妻子、印染厂美术设计员方敏。方敏抱着不满周岁的女儿晓敏，疾步登上了公共汽车。陈翰如领着5岁的儿子晓如，悔恨地站在雨水中，望着急驶而去汽车。拨乱反正后，审判员孟健重审方敏和陈翰如的离婚案。陈翰如向孟健及孟妻白珊讲起了当初自己与方敏甜蜜的初恋和恩爱的婚后生活。一场政治风暴，给他们幸福的家庭带来了不幸。思想上的压抑，政治上的迫害，加上沉重的家庭负担，使方敏对理想产生动摇，失去了信心。陈翰如虽身处逆境，仍坚持直线加速器的研究工作，忽视了对妻子的关怀和体贴。在痛苦和失望中，方敏烧毁了陈翰如多年积累的科研资料和自己获设计奖的布样。陈翰如一气之下，将方敏撵出家门。此后，他很感内疚，期待着与方敏重新和好。在晓敏5岁生日那天，白珊的弟弟白俊民医生却意外地闯进方敏的生活。方敏带晓敏去买生日蛋糕，被白俊民撞倒。当晚，白俊民给晓敏送来生日蛋糕，并向她们母女赔礼道歉。此后，他便悄悄地爱上了方敏，却不知方敏就是自己所敬慕的的朋友陈翰如的妻子。陈翰如与方敏分居后，一直坚持直线加速器的研制，同时也担负起家务的重担，尽到做父亲的责任。一次，他领儿子晓如逛公园，发现方敏和白俊民亲密地在一起散步。这意外的打击，使身染重病的陈翰如，在直线加速器研制成功后就病倒了。在医院里，他得到了白俊民的精心治疗。当他发现白俊民对方敏的爱是真挚的，便毅然同意与方敏离婚，并叮嘱白俊民要尽到丈夫的责任，使爱人得到幸福。此时，孟健和白珊正设法使陈翰如夫妇和好，他们极力阻止白俊民和方敏结合。当他们告诉白俊民，方敏并没有离婚，她的丈夫就是陈翰如时，白俊民如梦初醒。为不再给陈翰如增添痛苦，他向方敏讲述了陈翰如献身事业的高尚品德，以及目前卧床治疗的情况。这时，事业心正在复苏的方敏，深感惭愧和内疚，她无法克制自己的感情，重新回到陈翰如的身边。