В 1942 году Лаврентий Берия ставит перед своим заместителем Всеволодом Замятиным сложнейшую задачу. Нужно собрать группу учёных для создания первой советской атомной бомбы. Сроки сжаты, идёт война — миссия кажется невероятной.
Под началом Курчатова в Москве формируется сверхсекретная Лаборатория №2. В неё съезжаются лучшие специалисты страны. Курчатов настаивает на включении в команду двух человек: самоуверенного физика Фролова, открывшего спонтанное деление ядра, и сосланной в Казахстан радиохимика Карповой. Несмотря на сомнения НКВД, их допускают к работе. Параллельно советская разведка активно добывает за рубежом vital данные. Агент Екатерина Лазарева, физик по образованию и бывшая возлюбленная Фролова, успешно передаёт ценнейшие сведения об атомной программе союзников. Теперь СССР предстоит гонка за ядерный паритет с США и Великобританией в грядущем послевоенном мире.
