1942 год. Берия поручает своему заместителю Всеволоду Замятину сформировать группу ученых для разработки первой советской атомной бомбы. Задача кажется практически невозможной, учитывая, что это нужно сделать в разгар войны и в сжатые сроки. В Москве, под руководством Курчатова, начинает функционировать секретная Лаборатория №2, в которой собираются ведущие умы со всего СССР. Курчатов настаивает на включении в проект двух ученых: дерзкого и самоуверенного Фролова, известного своим открытием спонтанного деления ядра, и радиохимика Карпову, отбывающую ссылку в Казахстане. Несмотря на сомнения Наркомата Внутренних дел по поводу Фролова и Карповой, просьбу Курчатова удовлетворяют. В то же время советская разведка предпринимает усилия для получения необходимой научной информации за рубежом. Екатерина Лазарева, бывший физик и возлюбленная Фролова, успешно передает в СССР важнейшие данные о союзническом атомном проекте. Советскому Союзу предстоит догнать Великобританию и США, чтобы обеспечить ядерный паритет в послевоенном мире.
