В 1942 году, в самый разгар военного времени, Берия поручает своему заместителю, Всеволоду Замятину, сформировать группу из талантливейших ученых для создания первой атомной бомбы в Советском Союзе. Задача перед ними стоит невероятно сложная: завершить проект в условиях войны и в кратчайшие сроки. В Москве, под руководством Игоря Курчатова, начинает функционировать засекреченная Лаборатория №2, куда привлекаются выдающиеся специалисты со всего Советского Союза. Курчатов настоятельно рекомендует Замятину пригласить в проект двоих неординарных ученых: своенравного и уверенного в себе Фролова, открывшего спонтанное деление ядра, и радиохимика Карпову, которая находится в изгнании в Казахстане. Несмотря на сомнения со стороны Наркомата внутренних дел относительно этих кандидатур, решение Курчатова поддерживают. В то же время советская разведка предпринимает усилия по получению критически важной научной информации из-за границы. Агент Екатерина Лазарева, в прошлом физик и подруга Фролова, успешно доставляет в СССР ценные сведения о ядерных разработках союзников. С этого момента Советский Союз устремляется к цели догнать Великобританию и США, чтобы установить ядерный паритет в послевоенном мире.
