大企业家慕天宏的独生女慕佩芸与友人出游遇盗，被农学毕业的年轻茶农叶耀华所救，两人在躲避匪徒追随中互生情愫父亲宣称要把佩芸嫁给莫立群。莫立群也深爱着佩芸，但任性的佩芸坚持要与耀华订婚，于是立群指使徐志刚在佩芸订婚当天制造一场车祸。不料车祸中，不幸连累了搭车去学校看女儿小提琴比赛的邹平维老师和他的妻子方茹涵。不仅叶母摔成重伤，当时护着叶母的邹平维伤了腰椎导致下半身瘫痪，方茹涵也被查出患有白血病。叶耀华与慕佩芸的订婚仪式在立群的阴谋下被迫取消。耀华为了照顾邹平维一家而与方茹涵频繁接触，莫立群又布局让佩芸加深对耀华的误会，误会耀华和茹涵有暧昧关系。在一次次的误会下，命运弄人，佩芸终于嫁给了莫立群，方茹涵在前往教堂向佩芸解释误会的途中病发身亡，邹平维殉情自杀。
《木棉花的春天》以热血激昂的女性励志成长故事以及精彩纷呈的进阶智斗之路为主线，以组织一批著名核科学家成立原子弹的研制小组为主题，本剧惊险玄疑，将敌我错综、正邪难辨的斗争淋漓尽致的展现出来，同时还将浓厚的历史气息加入了剧情，主演背负着不可言说的革命任务、不可表露的内心情感 ，观众都给予肯定。
