20世纪80年代，中国大陆迎来第三次人口出生高峰，许多夫妻响应计划生育政策，选择只生一个孩子。北京摄影记者曹德培（李雪健）已步入中年，与年轻漂亮的妻子段京华（宋丹丹）以及5岁的儿子汉汉过着幸福的三口之家生活。此时，他的事业也正准备迎来高峰，个人影展正在筹备之中。
一天，曹德培突然接到通知，要他前往儿童福利院接回一个孩子。到了那里，他见到一名十多岁、沉默寡言的男孩。男孩带着一封来京寻找父亲的信，而信正是写给曹德培的。原来，曹德培下乡插队时曾与前妻相识，两人离婚后，前妻一直留在东北。为了弄清事情真相，曹德培带着男孩回到东北。
从前妻的再婚丈夫那里，他得知前妻已经去世，并且两人离婚时她已怀有身孕。这个名叫赵小木（叶静）的男孩，确实是曹德培的亲生儿子。面对突如其来的变故，曹德培一时不知如何安置小木，原本打算暂时把他留在东北，却没想到小木一路跟随他登上了返京的火车。回到北京后，曹德培只好把小木安置在自己冲洗照片的地下室暗房里。经过几番挣扎，他正准备向段京华坦白一切，却得知妻子已经怀孕，而他对即将举办的摄影展也渐渐失去了兴趣。
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