В 1942 году, в разгар Второй мировой войны, Берия поручает своему заместителю, Всеволоду Замятину, собрать команду выдающихся ученых с целью разработки первой атомной бомбы в Советском Союзе. Эта задача кажется почти невыполнимой из-за ограниченных сроков и военных условий. В Москве, под руководством Курчатова, начинает свою работу секретная Лаборатория №2, где трудятся лучшие специалисты со всего Союза. Курчатов настаивает на включении в проект двух выдающихся ученых: уверенного и смелого Фролова, открывшего явление спонтанного деления ядра, и радиохимика Карпову, которая в это время находится в Казахстане. Несмотря на сомнения Наркомата Внутренних дел относительно этих кандидатов, просьба Курчатова удовлетворена. Параллельно с этим, советская разведка предпринимает усилия по получению важной научной информации из-за рубежа. Агент Екатерина Лазарева, в прошлом физик и возлюбленная Фролова, успешно передает в СССР критически важные сведения о ядерных проектах союзников. Теперь Советский Союз должен догнать Великобританию и США, чтобы установить ядерное равновесие в послевоенном мире.
