1942 год. Берия поручает заместителю Всеволоду Замятину собрать группу из выдающихся ученых для разработки первой атомной бомбы в Советском Союзе. Эту амбициозную задачу необходимо выполнить в разгар войны и в очень сжатые сроки, что делает её практически невыполнимой. В Москве, под руководством Курчатова, начинает свою деятельность засекреченная Лаборатория №2, где собираются выдающиеся умы со всего Союза. Курчатов настойчиво убеждает Замятина включить в проект двух специалистов: дерзкого и самоуверенного Фролова, который первым открыл явление спонтанного деления ядра, и радиохимика Карпову, находящуюся в ссылке в Казахстане. Несмотря на сомнения, возникающие в Наркомате Внутренних дел в отношении Фролова и Карповой, просьба Курчатова удовлетворяется. В то же время советская разведка прилагает усилия для получения необходимой научной информации за границей. Агент Екатерина Лазарева, в прошлом физик и возлюбленная Фролова, успешно передает в СССР важные сведения о ядерных разработках союзников. Теперь перед Советским Союзом стоит задача догнать Великобританию и США, чтобы добиться ядерного паритета в послевоенном мире.