В 1942 году заместителю Берии Всеволоду Замятину поручают организовать команду учёных для разработки первой советской атомной бомбы, несмотря на то что страна находится в состоянии войны и сроки крайне ограничены. В Москве начинает действовать строго засекреченная Лаборатория №2 под руководством Курчатова, куда приглашают ведущих специалистов со всего Советского Союза. Курчатов настаивает на участии в проекте двух учёных: уверенного в себе Фролова, прославившегося открытием спонтанного деления ядра, и радиохимика Карповой, которая в то время находится в ссылке в Казахстане. Несмотря на подозрения в адрес Фролова и Карповой со стороны НКВД, руководство даёт согласие на их участие.
Параллельно советская разведка предпринимает попытки получить за рубежом ключевые сведения для работы над атомной бомбой. Агент Екатерина Лазарева, в прошлом физик и близкая Фролову, сумела добыть и отправить в СССР важную информацию о ядерных разработках союзников. Полученные данные становятся для Советского Союза возможностью сократить отставание от Великобритании и США и выйти на уровень ядерного равновесия в послевоенной политической расстановке.