В 1942 году Лаврентий Берия поручает своему заместителю Всеволоду Замятину собрать лучших специалистов для разработки советской атомной бомбы. Под началом физика Игоря Курчатова в Москве организуется тайная лаборатория, где объединяются самые одаренные учёные страны. Курчатов добивается включения в проект темпераментного физика Фролова и радиохимика Карповой, находящейся в ссылке в Казахстане. Тем временем агент советской разведки Екатерина Лазарева, сама будучи физиком и бывшей возлюбленной Фролова, добывает жизненно важные данные об атомном проекте, готовящемся зарубежом.