В 1942 году, в разгар Второй мировой войны, Лаврентий Берия поручает своему заместителю Всеволоду Замятину сформировать команду ученых для разработки первой советской атомной бомбы. Это сложная задача, учитывая ограниченные сроки и военные условия. В Москве под руководством Игоря Курчатова создается засекреченная Лаборатория №2, в которую входят выдающиеся ученые со всего Советского Союза. Курчатов настаивает на включении в проект двух специалистов: самоуверенного Фролова, который ранее изучал спонтанное деление ядра, и радиохимика Карпову, находящуюся в ссылке в Казахстане. Несмотря на сомнения Наркомата Внутренних дел, просьба Курчатова удовлетворена. Параллельно советская разведка активно ищет за границей научные данные, необходимые для проекта. Агент Екатерина Лазарева, в прошлом физик и возлюбленная Фролова, успешно передает в СССР ценные сведения об атомных разработках союзников. Советскому Союзу предстоит догнать Великобританию и США, чтобы установить ядерный баланс в послевоенном мире.
