В центре сюжета фильма "Не хлебом единым" - история любви и интеллектуального противостояния на фоне послевоенной эпохи. Действие разворачивается в 1947 году, в промышленном городке, где главные события крутятся вокруг сталелитейного комбината.
Главная героиня - жена директора комбината, генерала Дроздова, преподаёт английский язык в местной школе. Её жизнь меняется после встречи с мужчиной, который мечтает о революционном изобретении в области труболитейного производства и ведёт занятия по физике.
Этот человек - не просто учитель, он гений, стремящийся внести вклад в развитие своей страны. Его страсть к науке настолько велика, что он готов пожертвовать всем ради реализации своей мечты о создании уникальной труболитейной машины, которая превзойдёт все существующие технологии.
Между ними завязывается не только профессиональный интерес, но и глубокая личная связь. Героиня влюбляется в учителя физики, оставляет своего мужа - генерала Дроздова, и отдаёт ему свою любовь и веру в его идею.
Конфликт достигает апогея, когда генерал, чувствуя угрозу своему положению и власти, начинает мстить. Он использует своё влияние для того, чтобы помешать продвижению изобретения соперника, стремясь таким образом сохранить свой статус и власть.
Фильм основан на мотивах одноимённого романа Владимира Дудинцева, написанного в 1956 году, и представляет собой драматичную историю о страсти к науке, личной преданности и борьбе за идеалы в условиях тоталитарной системы.