1942 год. В разгар войны Лаврентий Берия ставит перед своим заместителем Всеволодом Замятиным почти невозможную задачу — в кратчайшие сроки собрать группу ученых для создания первой советской атомной бомбы. Под руководством Игоря Курчатова в Москве формируется сверхсекретная 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, что становится важным шагом для будущего проекта.
Параллельно советская разведка активизирует усилия по добыче зарубежных научных разработок. Ключевую роль в этой операции играет агент Екатерина Лазарева — талантливый физик и бывшая возлюбленная Фролова. Благодаря ее действиям в СССР поступают ценнейшие данные об атомных исследованиях союзников. Теперь перед советскими учеными стоит историческая цель — ликвидировать ядерное отставание от США и Великобритании, чтобы обеспечить стратегический паритет в послевоенном мире.