В 1942 году, в разгар Второй мировой войны, Лаврентий Берия поручает своему заместителю Всеволоду Замятину собрать команду выдающихся ученых для разработки первой советской атомной бомбы. Задача кажется почти невыполнимой из-за ограниченного времени и сложных условий военного времени. В Москве под руководством Игоря Курчатова начинает свою деятельность засекреченная Лаборатория №2, в которой объединяются талантливые специалисты со всего Советского Союза. Курчатов настоятельно рекомендует включить в проект двух выдающихся ученых: смелого и уверенного в себе Фролова, известного открытием спонтанного деления ядра, и радиохимика Карпову, находящуюся в ссылке в Казахстане. Несмотря на сомнения Наркомата Внутренних дел, просьба Курчатова удовлетворяется. В то же время советская разведка предпринимает усилия по получению критически важной научной информации из-за рубежа. Екатерина Лазарева, агент и бывший физик, а также любовница Фролова, успешно передает в СССР ключевые данные об атомных разработках союзников. Страна теперь должна догнать Великобританию и США, чтобы обеспечить ядерный паритет в послевоенном мире.