1942 год. В самый разгар войны Лаврентий Берия ставит перед своим заместителем Всеволодом Замятиным сложнейшую задачу — в кратчайшие сроки сформировать группу ученых для создания первой советской атомной бомбы. Под руководством Игоря Курчатова в Москве начинает свою деятельность сверхсекретная Лаборатория №2, куда привлекаются выдающиеся специалисты со всех уголков страны. Курчатов настаивает на включении в команду двух неоднозначных фигур: самоуверенного физика Фролова, открывшего спонтанное деление ядра, и находящейся в ссылке радиохимика Карпову. Несмотря на серьезные сомнения НКВД, это решение получает одобрение.
Параллельно советская разведка активизирует усилия по добыче зарубежных научных разработок. Бывшему физику Екатерине Лазаревой, когда-то связанной с Фроловым романтическими отношениями, удается передать в СССР ценнейшие сведения об атомных проектах союзников. С этого момента Советский Союз вступает в напряженную гонку за ядерное равновесие с Великобританией и США, понимая, что от исхода этой борьбы будет зависеть расстановка сил в послевоенном мире.
