1942 год. Лаврентий Берия ставит перед своим заместителем Всеволодом Замятиным сложнейшую задачу — в кратчайшие сроки, несмотря на военное время, сформировать группу ученых для создания первой советской атомной бомбы. Под руководством Игоря Курчатова в Москве организуется сверхсекретная Лаборатория №2, куда стягиваются ярчайшие научные таланты со всей страны. Курчатов настаивает на включении в команду двух неоднозначных фигур: дерзкого физика Фролова, прославившегося открытием спонтанного деления ядра, и находящейся в ссылке радиохимика Карповой. Несмотря на сомнения НКВД, их кандидатуры получают одобрение.
Параллельно советская разведка активизирует усилия по добыче зарубежных научных материалов. 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 разработках союзников. С этого момента начинается напряженная гонка, где Советский Союз должен наверстать отставание от Великобритании и США, чтобы обеспечить ядерный паритет в грядущем послевоенном мире.
