1942 год. Лаврентий Берия поручает своему заместителю Всеволоду Замятину собрать команду ученых для разработки первой советской атомной бомбы. Задача оказывается крайне сложной, так как война требует быстрого выполнения работы. В Москве начинает свою деятельность секретная Лаборатория №2 под руководством Игоря Курчатова, в которую входят лучшие специалисты страны. Курчатов настоятельно убеждает Замятина привлечь к проекту двух ученых: самоуверенного Фролова, известного своим открытием спонтанного деления ядра, и радиохимика Карпову, находящуюся в ссылке в Казахстане. Несмотря на сомнения в Наркомате Внутренних дел, решение Курчатова исполняется. В то же время советская разведка активно ищет информацию о ядерных разработках за границей. Агент Екатерина Лазарева, бывшая возлюбленная Фролова и физик по образованию, удается передать в СССР важнейшие сведения об атомной программе союзников. Таким образом, СССР стремится догнать Великобританию и США, чтобы достичь ядерного паритета в послевоенном мире.