1942 год. Лаврентий Берия ставит перед своим заместителем Всеволодом Замятиным почти невозможную задачу — в разгар войны и за минимальные сроки сформировать группу ученых для создания первой советской атомной бомбы. Под началом Игоря Курчатова в Москве организуется сверхсекретная Лаборатория №2, куда стягиваются лучшие научные кадры со всей страны. Курчатов настаивает на включении в команду двух ключевых фигур: дерзкого физика Фролова, открывшего спонтанное деление ядра, и талантливого радиохимика Карповой, отбывающей ссылку в Казахстане. Несмотря на сомнения НКВД, их кандидатуры утверждают.
Параллельно советская разведка активизирует усилия по добыче зарубежных атомных секретов. Агент Екатерина Лазарева, в прошлом — физик и возлюбленная Фролова, успешно передает в СССР критически важные данные о ядерных разработках союзников. С этого момента для Советского Союза начинается напряженная гонка за ядерный паритет с Великобританией и США, от исхода которой будет зависеть баланс сил в послевоенном мире.
