В 1942 году Берия поручает своему заместителю Всеволоду Замятину собрать команду из ведущих ученых для разработки первой атомной бомбы в Советском Союзе. Эта задача, требующая выполнения в условиях военного времени и в сжатые сроки, кажется почти невозможной. Под руководством Курчатова в Москве начинает функционировать закрытая Лаборатория №2, в которой работают выдающиеся научные умы со всего Союза. Курчатов настаивает на включении в проект двух специалистов: амбициозного и уверенного в себе Фролова, известного своим открытием спонтанного деления ядра, и радиохимика Карпову, прибывшую из ссылки в Казахстане. Несмотря на сомнения в Наркомате Внутренних дел, это предложение принимается. Параллельно советская разведка предпринимает усилия для получения критически важной научной информации за границей. Благодаря агенту Екатерине Лазаревой, бывшему физику и давней возлюбленной Фролова, в СССР поступают ключевые сведения о ядерных разработках союзников. Теперь перед Советским Союзом стоит задача догнать Великобританию и США, чтобы установить ядерный паритет в послевоенное время.
