В 1942 году Лаврентий Берия ставит перед своим заместителем Всеволодом Замятиным сложнейшую задачу — сформировать группу учёных для создания первой советской атомной бомбы. Сроки сжаты, идёт война, но приказ не обсуждается. Под началом Игоря Курчатова в Москве организуется сверхсекретная Лаборатория №2, куда съезжаются лучшие специалисты страны. Курчатов настаивает, чтобы в команду вошли двое: самоуверенный физик Фролов, открывший спонтанное деление ядра, и талантливый радиохимик Карпова, находящаяся в ссылке. Несмотря на сомнения НКВД, их включают в работу.
Параллельно советская разведка активно добывает за рубежом научные материалы по атомной теме. Бывший физик Екатерина Лазарева, некогда близкая с Фроловым, передаёт в Союз ценнейшие данные о разработках союзников. Теперь СССР приходится в срочном порядке навёрстывать отставание от США и Великобритании, чтобы обеспечить ядерный паритет в грядущем послевоенном мире.
