小柴昌俊从小就极其不安分，非常喜欢搞恶作剧，是标准的捣蛋王。小学一年级的时候，他就曾打碎区政府办公室的玻璃。当时的小柴昌俊各科成绩还过得去，就这个“丙”最碍眼了。刚进中学的时候，小柴昌俊就已经开始专心准备陆军学校的考试了。然而，现实总是如此残酷。突如其来的小儿麻痹症使得小柴昌俊落下了右臂残疾，军人梦就此破灭。在高中时期，小柴昌俊成绩还是一如既往的差，尤其物理更是经常不及格。
最终由于不太灵活的右臂，惨遭黑道的人嫌弃。当其他同学都在认真准备大学入学考试的时候，小柴昌俊还是优哉游哉。然而有一天在澡堂，小柴昌俊听到了有人在议论他。这一刻，小柴昌俊觉得无比丢脸、气愤，便下定决心发愤图强，坐等“打脸”。此后，小柴昌俊没日没夜地学习，历尽千辛万苦，终于考上了日本最高学府——东京大学的物理系。然而，上了大学后的小柴昌俊从来没正经上过一节课，他几乎将全部精力都放在了打工赚钱养家上。
一不留神就到了大四，他看着自己惨不忍睹的成绩以及残疾的右臂，也许毕业就意味着失业。这时小柴昌俊就只剩考研这条路了。他找到从事物理理论研究的山内恭彦教授，说：“我想要到先生的研究室来学习。”山内恭彦说起来，山内恭彦也是够神奇，竟然一口答应了这位差生的请求，并且后来通过自己的好人缘为小柴昌俊申请了奖学金。1955年，小柴昌俊仅仅用了一年零八个月，就拿到了罗切斯特大学的博士学位。
毕业之后，小柴昌俊去到了芝加哥大学，在著名物理学家马歇尔·肖恩手下工作。后来小柴昌俊还成为了宇宙射线国际合作的负责人。眼看着小柴昌俊在美国混的风生水起，然而，在1958年，他就选择了回国，因为他感觉用英文跟这边的科学家交流起来很费劲。回国后，小柴昌俊就一直在东京大学原子核研究所任副教授，毕生致力于寻找中微子。1978年，小柴昌俊向政府提议建造大型中微子探测器——神冈探测器。
小柴昌俊亲自带领着工作人员历时5年，终于在在一座深一千米的废旧砷矿井建成了这个巨型圆桶，并立即投入使用。几年过去了，这个耗费巨资建成的“神器”依然毫无动静。而小柴昌俊也已经60岁，他看着离退休日期越来越近的自己，慢慢开始失落。他深知这是一个诺奖级别的成果，如果在他退休后，这个检测器检测到了中微子，诺奖也不会颁给他。有时候就是这样，你等到死上帝眼都不会眨一下。当你开始失望了，幸运就会悄悄来临。
就在小柴昌俊退休前一个月的某天下午，神冈探测器突然“雷声大作”。距离地球16万光年的超新星大爆发释放出大量中微子。估计有1亿亿个中微子穿过了神冈探测器，而真正被神器“捕获”到的中微子仅有11个。但是，这11个中微子就足以让小柴昌俊乃至全世界沸腾了。因为这是人类第一次探测到来自太阳系之外的中微子，也是世界上第一次准确记录了中微子发生的时刻、运动方向和能量分布。
所有人都认为这个成果绝对是诺贝尔级别的，小柴昌俊自己也是这么认为的。于是从1987年观测到中微子开始，每年诺奖发表前，小柴昌俊都会穿着礼服坐在家里，和媒体们一起等着好消息。然而十几年过去，都是在看别人领奖。直到2002年10月8日，像往常一样，小柴昌俊正在家里跟一些熟悉的记者闲聊。傍晚的时候，家里电话铃声突然响起。76岁的小柴昌俊终于等来了诺贝尔基金会的理事长的电话。“祝贺您！
由于您在探测宇宙中微子方面做出的开拓性贡献，我们决定授予您诺贝尔奖。”在场的三十多位记者瞬间爆发热烈的掌声。在获得诺贝尔奖后召开的一次记者会中，小柴昌俊表达了对东京大学的感激之情。他亮出了他大学时的成绩单，其中16个科目，只有两项获得了“优”，而且还都是那种只要有去上课就能拿优的实验科目。小柴昌俊说：“我是以倒数第一的成绩毕业的，但东京大学却接受我当了讲师、教授，我非常感谢东大的知遇之恩。”