В 1942 году Лаврентий Берия ставит перед своим заместителем Всеволодом Замятиным сложнейшую задачу: сформировать группу ученых для создания первой советской атомной бомбы. В условиях войны и чудовищного дефицита времени это кажется почти невозможным. В Москве под началом Игоря Курчатова организуется сверхсекретная Лаборатория №2, куда съезжаются лучшие специалисты страны. Курчатов настаивает, чтобы в команду вошли два человека: самоуверенный физик Фролов, открывший спонтанное деление ядра, и талантливый радиохимик Карпова, отбывающая ссылку в Казахстане. Несмотря на сомнения НКВД, их включают в работу.
Параллельно советская разведка активно добывает за рубежом научные материалы по атомной теме. Ключевую роль играет агент Екатерина Лазарева, в прошлом – физик и возлюбленная Фролова. Именно она передает в СССР ценнейшие сведения о разработках союзников. Теперь Советскому Союзу критически важно ликвидировать отставание от США и Великобритании, чтобы обеспечить ядерный паритет в грядущем послевоенном мире.
