Атом переносит зрителя в сердце научной гонки, где за холодными расчётами скрываются горячие сердца и сломанные судьбы. 1940-е годы, Москва: в обстановке строжайшей секретности собирается команда учёных, чьи имена вычеркнуты из публичных документов, но чьи открытия изменят мир. Игорь Курчатов, харизматичный и одержимый идеей, бросает вызов системе, настаивая включить в проект двух гениев-изгоев. Дерзкий физик Фролов, чьё открытие перевернуло науку, но не спасло от опалы, и талантливая радиохимик Карпова, вырванная из казахстанской ссылки, — их встречу можно сравнить со столкновением элементарных частиц: непредсказуемым, опасным, но способным породить новую энергию. Пока в кабинетах НКВД сомневаются в их лояльности, учёные погружаются в гонку, где ставка — не личные амбиции, а будущее страны.
За стенами лаборатории кипит другая война — разведчики рискуют жизнями, добывая зарубежные секреты, а в тишине архивов шелестят страницы украденных исследований. Но главное противостояние разворачивается внутри: Фролову предстоит выбрать между научной истиной и политической выгодой, Карповой — доказать, что её ум ценнее ярлыка «неблагонадёжной». Курчатов же балансирует на грани, понимая: один неверный шаг — и проект рухнет, похоронив надежды. Смогут ли эти люди, связанные общей целью, но раздираемые противоречиями, собрать «атом» не только в реакторе, но и в своих отношениях? И что окажется сильнее — страх перед системой или жажда прорыва, ради которого они готовы сжечь даже собственную жизнь?