1975年夏，在祖国西南边疆某地，一场蛇灾正在蔓延。军民、畜禽时常遭受蛇的侵袭，情况非常严重。为此，国家派来了一支由专家组成的考察队，他们的目标是寻找一种新发现的蛇种，这种蛇的毒液可以作为研制新型蛇药的原料。
牛玉声，一位资深的蛇学家和一位归国华侨，被派往灾区进行实地考察。他发现，有一种黑眼镜蛇在这里出没，这种蛇正是他们要找的新蛇种。经过研究，他建议考察队立即前往毒蛇活动猖獗的国境线附近进行捕捉。
李钧是考察队的一名队员，但他对牛玉声的行为产生了怀疑。他的恋人田甜是一个纯洁、开朗、活泼的女孩，她担任了考察队的向导。然而，她对李钧的监视行为感到不满，并决定与他分手。
一天，牛玉声追踪黑眼镜蛇至国境界碑处，李钧却持枪将他遣返回去，罪名是企图越境的“叛国者”。田甜对此感到非常气愤，毅然决然地与李钧分手。为了研制新蛇药，牛玉声继续工作。
某日，考察队又发现了一条粗大的黑眼镜蛇。为了生擒这条蛇以取其毒液，牛玉声奋力与之搏斗，不幸被毒蛇射中眼睛。田甜愤怒地砍死了毒蛇，但牛玉声对她的过失表示严厉批评。急救车将牛玉声和几名护送人员送往医院。
田甜为自己的过失感到内疚，决心弥补这个损失。在途中，她跳下汽车消失在雨雾中。牛玉声被送进医院，主治医生正是田芳。经过抢救，牛玉声终于脱离了生命危险。
田芳告诉丈夫，女儿正是田甜。牛玉声在心中对女儿发出深沉的呼唤。此时，田甜被毒蛇咬伤，正昏迷在森林里。牛玉声及时赶到，救起了她并成功生擒了那条毒蛇。新蛇药使田甜的眼睛重新张开。
经历了重重困难后，牛玉声一家终于团聚了。然而，命运再次将他们分开，李钧奉命前来逮捕牛玉声。牛玉声叮嘱妻子和孩子：“等着我……”他坚信，乌云散去，即是朗朗的晴空。
