В 1942 году Берия поручает своему заместителю Всеволоду Замятину создать команду ученых для разработки первой советской атомной бомбы. В разгар войны и в условиях крайне ограниченных сроков эта задача кажется почти невыполнимой. Под руководством Курчатова в Москве начинает свою деятельность засекреченная Лаборатория №2, в которой собираются ведущие ученые со всего Советского Союза. Курчатов настоятельно рекомендует Замятину включить в проект двух специалистов: амбициозного и самоуверенного Фролова, ранее открывшего явление спонтанного деления ядра, и радиохимика Карпову, находящуюся в ссылке в Казахстане. Несмотря на сомнения у Наркомата Внутренних дел по поводу Фролова и Карповой, решение Курчатова принимается к исполнению. Одновременно с этим советская разведка активно работает над получением необходимой информации за рубежом для проекта. Агент Екатерина Лазарева, в прошлом физик и возлюбленная Фролова, успешно передает в СССР ключевые данные об атомных разработках союзников. С этого момента Советскому Союзу предстоит догнать Великобританию и США, чтобы установить ядерный баланс в послевоенном мире.
