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Angetrieben durch die katastrophalen Folgen des Angriffs der Japaner auf Pearl Harbor und der merklichen Steigerung der Deuteriumproduktion in von Nazi-Deutschland besetzten Norwegen, wird General Leslie Groves (M. Damon) damit beauftragt, eine Atombombe noch vor den Deutschen fertig zu stellen. Wenngleich die Entwicklung dazu noch in der Grundlagenforschung steckt.
Unter des Leitung Physikers J. Robert Oppenheimer (C. Murphy) beginnen die Vorbereitungen zum „Manhattan-Projekt“ mit dem Bau einer gigantischen Forschungsanlage nahe Los Alamos, New Mexico. Angesehene Wissenschaftler wie Ernest Lawrence (J. Hartnett), Edward Teller (B. Safdie), Robert Serber (M. Angarano), Enrico Fermi (D. Deferrari), Kenneth Bainbridge (J. Peck) und der noch sehr junge Richard Feynman (J. Quaid) schließen sich dem Wettlauf gegen die Zeit an. Doch das isolierte Arbeiten unter den wachsamen Augen des Militärs zehrt nicht nur an den Nerven der Beteiligten, sondern schürt bei den Wissenschaftlern auch immer mehr die Angst vor dem kriegerischen Einsatz ihrer Entwicklung. Als die Alliierten schließlich in Europa den Krieg für sich entscheiden, verblasst in Oppenheimer und seinen Kollegen schnell die Motivation für ihre Arbeit. Doch der Termin für den Trinity-Test ist längst bestätigt und weder Groves noch der amtierende Präsident Truman (G. Oldman) sind bereit diese gebündelte Macht aufzugeben oder sich ihren Einsatz von den beteiligten Zivilisten diktieren zu lassen ...