上世纪50年代，由于国内外形势的发展变化，中国自主的核工业计划正在如火如荼地进行当中。在这样的背景下，一列来往于首都北京与西北核基地之间的神秘火车承担起了运送核专家前往核基地的一系列秘密任务。 北京市公安特勤所所长龙飞(周杰 饰)进入到护送核专家行动组并担当了第一次运送任务的负责人，漂亮的女乘务员辛红羽(刘芸 饰)对龙飞一见倾心，然而列车上的四位核专家对国家核武器研发的整体计划极为关键，龙飞责任重大，不敢有丝毫懈怠。龙飞在列车上发现并抓捕了破坏运送核专家任务的犯罪嫌疑人，在突审的当口列车突遇前方铁轨上的包裹，龙飞带人急忙赶去，不料列车突然爆炸，四位核专家当场殒命…… 龙飞在案件审查过程中遇到核科学家杨佑亭(董祁明 饰)的女助手谢宝音(王雅捷 饰)。 杜明明(郑罗茜 饰)是别人要给龙飞介绍的女朋友，然而却在龙飞出差期间与他的同事加好友肖克确定了恋爱关系。在列车铁轨上发现的包裹被证实为遭到肢解的人体躯干，一系列的碎尸案件的频发令火车爆炸案的侦破变得扑朔迷离…… 碎尸案的真凶终于浮出水面，凶手尹大龙异常凶残狡猾，在经过精心策划后，凶手设计劫持了秘密运送的核专家杨佑亭。经过一番侦破，龙飞、肖克等人发现了幕后指使——梅花组织的上级特务周明天(马少骅 饰)，龙飞借机潜伏成特务，力图打…
