В 1942 году Лаврентий Берия ставит перед своим заместителем Всеволодом Замятиным сложнейшую задачу. Нужно собрать группу учёных для создания первой советской атомной бомбы. Сделать это в военное время и почти мгновенно кажется невозможным. Под началом Игоря Курчатова в Москве открывается секретная Лаборатория №2, куда съезжаются лучшие специалисты страны.
Курчатов настаивает, чтобы в команду взяли двух человек: самоуверенного физика Фролова, открывшего спонтанное деление ядра, и сосланную в Казахстан радиохимика Карпову. Их кандидатуры вызывают сомнения в НКВД, но учёному удаётся добиться своего. Параллельно советская разведка активно добывает за рубежом научные материалы. Агент Екатерина Лазарева, бывшая возлюбленная Фролова, переправляет в СССР ценнейшие данные о разработках союзников. Теперь Советскому Союзу критически важно сравняться в ядерной гонке с США и Великобританией.
