1942 год. Берия поручает заместителю Всеволоду Замятину сформировать команду ученых для разработки первой советской атомной бомбы в условиях войны и сжатых сроков. Под руководством Курчатова в Москве открывается секретная Лаборатория №2, в которую входят ведущие специалисты страны. Курчатов настаивает на включении в проект двух ученых: новатора Фролова, ранее открывшего спонтанное деление ядра, и радиохимика Карповой, находящейся в ссылке в Казахстане. Несмотря на сомнения в Наркомате Внутренних дел, просьба Курчатова удовлетворяется. Параллельно советская разведка активно ищет научные данные за границей. Агент Екатерина Лазарева, бывшая физик и возлюбленная Фролова, успешно передает в СССР ключевую информацию о ядерном проекте союзников. Это становится решающим шагом для Советского Союза в стремлении достичь ядерного паритета с Великобританией и США в послевоенный период.
