1942 год. Лаврентий Берия ставит перед своим заместителем Всеволодом Замятиным сложнейшую задачу — в разгар войны сформировать группу ученых для создания первой советской атомной бомбы. В кратчайшие сроки под руководством Игоря Курчатова в Москве организуется секретная Лаборатория №2, куда съезжаются лучшие научные кадры со всей страны. Курчатов настаивает на включении в команду двух неоднозначных специалистов: дерзкого физика Фролова, открывшего спонтанное деление ядра, и находящейся в ссылке радиохимика Карповой. Несмотря на сомнения НКВД, их кандидатуры получают одобрение.
Параллельно советская разведка активизирует усилия по добыче зарубежных научных разработок. Агент Екатерина Лазарева, бывший физик и некогда близкий человек Фролова, успешно передает в СССР критически важные данные об атомных проектах союзников. Теперь Советскому Союзу предстоит гонка со временем, чтобы достичь ядерного паритета с Великобританией и США и обеспечить безопасность в послевоенном мире.
