В 1-м сезоне сериала «Атом» события разворачиваются в 1943 году. В тайной Лаборатории № 2 в разгар боевых действий ученые занимаются созданием первого ядерного оружия. В проекте принимает участие дерзкий и эгоцентричный Фролов, открывший спонтанное деление ядра, и радиохимик Карпова. Ее отправили в Казахстан в ссылку. Вместе с тем советские разведчики пытаются раздобыть нужные для проекта сведения за границей. Агенту Екатерине Лазаревой, бывшему физику и избраннице Фролова, удается отправить в Союз ценные сведения.