В 1942 году, в разгар Второй мировой войны, Берия поручает своему заместителю Всеволоду Замятину собрать команду ученых для проектирования первой советской атомной бомбы. Задача кажется практически невыполнимой, поскольку сроки сжаты, а война идет полным ходом. Под руководством Курчатова в Москве начинается работа секретной Лаборатории №2, в которую входят выдающиеся умы Советского Союза. Курчатов настаивает на включении в проект двух ученых: самоуверенного Фролова, открывшего спонтанное деление ядра, и радиохимика Карпову, находящуюся в ссылке в Казахстане. Несмотря на настороженность со стороны Наркомата Внутренних дел, просьба Курчатова удовлетворяется. Параллельно советская разведка активно ищет способы получить необходимые данные о ядерных исследованиях западных стран. Агент Екатерина Лазарева, бывшая физик и возлюбленная Фролова, удается передать в СССР ключевую информацию об атомном проекте союзников. С этого момента Советский Союз сталкивается с задачей догнать Великобританию и США, чтобы достичь ядерного равновесия в послевоенном мире.