1942 год. Лаврентий Берия поручает своему заместителю Всеволоду Замятину сформировать группу ученых для разработки первой советской атомной бомбы. Задание практически невыполнимое, учитывая, что идет война, а сроки крайне ограничены. Под руководством Игоря Курчатова в Москве начинает функционировать секретная Лаборатория №2, в которую входят выдающиеся умы со всего Советского Союза. Курчатов убеждает Замятина включить в проект двух необычных ученых: самоуверенного Фролова, ранее открывшего феномен спонтанного деления ядра, и радиохимика Карпову, которая находится в ссылке в Казахстане. Несмотря на подозрения, вызванные Фроловым и Карповой в Наркомате внутренних дел, просьба Курчатова принимается. В то же время советская разведка предпринимает усилия по получению критически важной научной информации из-за рубежа. Агент Екатерина Лазарева, в прошлом физик и возлюбленная Фролова, успешно передает в СССР важнейшие сведения об атомных разработках союзников. Теперь Советский Союз сталкивается с задачей догнать Великобританию и США, чтобы обеспечить ядерный паритет в послевоенном мире.
