В 1942 году Берия поручает своему заму, Всеволоду Замятину, собрать коллектив исследователей для создания первой советской атомной бомбы. Война в самом разгаре, и времени на выполнение задачи практически нет. В Москве, под руководством Курчатова, начинается работа секретной Лаборатории №2, куда привлекают лучших специалистов со всего Советского Союза. Курчатов настаивает на включении в проект двух ученых: самоуверенного Фролова, открывшего спонтанное деление ядра, и радиохимика Карпову, находящуюся в Казахстане в ссылке. Несмотря на сомнения в Наркомате Внутренних дел, просьбу Курчатова удовлетворяют. Параллельно советская разведка активно ищет за рубежом научные данные для проекта. Агент Екатерина Лазарева, бывший физик и возлюбленная Фролова, успешно передает в СССР критически важную информацию об атомных разработках союзников. Теперь Советский Союз должен догнать Великобританию и США, чтобы установить ядерное равновесие в мире после войны.
