Latem 1943 roku radzieckie władze dowiedują się o osiągnięciach niemieckich fizyków w pracach nad stworzeniem bomby atomowej. Zadanie zdobycia tajnych informacji o opracowywaniu nowego rodzaju broni, mogącej odmienić losy wojny, otrzymuje radziecki agent działający pod przykrywką – Frans Hartmann. Rozpoczyna się skomplikowana, wielotorowa operacja. Hartmann angażuje szefa niemieckiego wywiadu, Waltera Schellenberga, który ma pod obserwacją niemieckiego geniusza naukowego Wernera Heisenberga. Do akcji wkracza także Gestapo, przydzielając Hartmannowi "pracownicę niemieckiego Ministerstwa Spraw Zagranicznych" – Dori. Tymczasem w Moskwie, pod kierownictwem utalentowanego fizyka Igora Kurczatowa, intensyfikują się prace nad radzieckim projektem atomowym.