1942 год. В разгар войны Лаврентий Берия ставит перед своим заместителем Всеволодом Замятиным почти невозможную задачу — в кратчайшие сроки собрать группу ученых для создания первой советской атомной бомбы. Под руководством Игоря Курчатова в Москве формируется сверхсекретная Лаборатория №2, куда съезжаются лучшие специалисты со всей страны. Курчатов настаивает на включении в команду двух неоднозначных фигур: дерзкого физика Фролова, открывшего спонтанное деление ядра, и талантливого радиохимика Карповой, находящейся в ссылке. Несмотря на сомнения НКВД, их кандидатуры получают одобрение.
Параллельно советская разведка активизирует усилия по добыче зарубежных научных разработок. Ключевую роль в этой операции играет агент Екатерина Лазарева — бывший физик и некогда близкий человек Фролову. Благодаря ее действиям в СССР поступают ценнейшие сведения об атомных проектах союзников. Теперь перед советскими учеными стоит историческая цель — ликвидировать ядерное отставание от Великобритании и США, чтобы обеспечить стратегический паритет в грядущем послевоенном мире.