1942 год. Берия поручает заместителю Всеволоду Замятину сформировать команду ученых для проектирования первой советской атомной бомбы. Это задание, выполненное в условиях войны и в сжатые сроки, кажется почти невозможным. Под руководством Курчатова в Москве создается секретная Лаборатория №2, в которую входят ведущие специалисты страны. Курчатов настаивает на привлечении двух ученых: амбициозного Фролова, открывшего спонтанное деление ядра, и радиохимика Карповой, находящейся в ссылке в Казахстане. Несмотря на сомнения в Наркомате Внутренних дел, просьба Курчатова удовлетворена. В то же время советская разведка активно ищет информацию о зарубежных атомных разработках. Агент Екатерина Лазарева, бывшая физик и возлюбленная Фролова, успешно передает в СССР ключевые данные о программе союзников. Теперь Советскому Союзу необходимо догнать Великобританию и США для достижения ядерного равновесия в послевоенном мире.
