1942 год. Лаврентий Берия ставит перед своим заместителем Всеволодом Замятиным сложнейшую задачу — в кратчайшие сроки собрать группу ученых для создания первой советской атомной бомбы. В разгар войны, когда ресурсы страны истощены, эта миссия кажется почти невыполнимой. Под руководством Игоря Курчатова в Москве формируется сверхсекретная Лаборатория №2, куда стягиваются лучшие научные умы со всех уголков Советского Союза. Курчатов настаивает на включении в команду двух неоднозначных фигур: дерзкого физика Фролова, открывшего спонтанное деление ядра, и находящейся в ссылке радиохимика Карпову. Несмотря на сомнения НКВД, их кандидатуры получают одобрение.
Параллельно советская разведка активизирует усилия по добыче зарубежных научных разработок. Особую роль в этой операции играет агент Екатерина Лазарева — бывший физик и некогда близкий человек Фролову. Благодаря ее работе в СССР поступают ценнейшие сведения об атомных проектах союзников. Теперь у Советского Союза появляется реальный шанс достичь ядерного паритета с Великобританией и США, что станет решающим фактором в послевоенном переустройстве мира.
