1942 год. Лаврентий Берия поручает своему заместителю Всеволоду Замятину сформировать команду ведущих ученых для разработки первой советской атомной бомбы. Это задание кажется почти невозможным, учитывая, что идет война и сроки крайне ограничены. В Москве под руководством Игоря Курчатова начинает функционировать секретная Лаборатория №2, куда привлекаются выдающиеся специалисты со всего Советского Союза. Курчатов убеждает Замятина пригласить к участию в проекте двух ученых: амбициозного и уверенного в себе Фролова, известного своим открытием спонтанного деления ядра, и радиохимика Карпову, находящуюся в ссылке в Казахстане. Несмотря на сомнения Наркомата внутренних дел в отношении этих ученых, просьба Курчатова удовлетворяется. Параллельно советская разведка предпринимает усилия для получения за границей ключевой научной информации. Агент Екатерина Лазарева, в прошлом физик и возлюбленная Фролова, успешно передает в СССР жизненно важные сведения о ядерных разработках союзников. Теперь Советскому Союзу предстоит догнать Великобританию и США, чтобы установить ядерный паритет в послевоенном мире.