В 1942 году, в самый разгар Великой Отечественной войны, Лаврентий Берия ставит перед своим заместителем Всеволодом Замятиным задачу колоссальной сложности: в кратчайшие сроки собрать группу ведущих ученых для создания первой советской атомной бомбы. Миссия кажется практически невыполнимой из-за военного времени и жестких временных рамок. Под руководством Игоря Курчатова в Москве начинает функционировать сверхсекретная Лаборатория №2, куда со всего Советского Союза стягиваются самые талантливые научные кадры. Курчатов настаивает на включении в проект двух ключевых фигур: дерзкого и самоуверенного Фролова, который ранее совершил открытие спонтанного деления ядра, и радиохимика Карповой, отбывающей ссылку в Казахстане. Несмотря на то, что кандидатуры Фролова и Карповой вызывают подозрения в Наркомате внутренних дел, просьбу Курчатова удовлетворяют. Параллельно с этим советская разведка активно пытается заполучить за рубежом критически важные научные данные для ядерного проекта. Бывшему физику и бывшей возлюбленной Фролова, агенту Екатерине Лазаревой, удается передать в СССР секретную информацию о ходе атомных разработок союзников. С этого момента Советский Союз вступает в гонку, стремясь догнать Великобританию и США, чтобы в послевоенном мире установить ядерный паритет.