В 1942 году Берия поручает своему заместителю Всеволоду Замятину создать команду ученых для разработки первой атомной бомбы в Советском Союзе. Это задание приходится выполнять в тяжелейших условиях войны и в кратчайшие сроки, что делает его почти невыполнимым. Под руководством Курчатова в Москве начинает действовать засекреченная Лаборатория №2, в состав которой входят ведущие ученые со всего Советского Союза. Курчатов убеждает Замятина включить в проект двух выдающихся ученых: самоуверенного Фролова, ранее сделавшего открытие в области спонтанного деления ядер, и радиохимика Карпову, находящуюся в ссылке в Казахстане. Несмотря на то, что Фролов и Карпова вызывают вопросы в Наркомате Внутренних Дел, просьба Курчатова выполняется. Параллельно советская разведка стремится получить научные данные за границей, необходимые для проекта. Агент Екатерина Лазарева, в прошлом физик и возлюбленная Фролова, успешно передает в СССР ключевую информацию о проектах союзников. С этого момента Советскому Союзу предстоит догнать Великобританию и США, чтобы достичь ядерного паритета в послевоенном мире.
