上個世紀4 0年代初，美國在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯秘密進行了世界上第一顆原子彈的研製。本劇聚焦投身於這場科學研究中的科學家們——他們才華橫溢，卻也遍身缺陷。除了要與時間競賽，還要艱難地在秘密、謊言 和他們身後脆弱的家庭關係間尋找平衡。 John Benjamin Hickey扮演主人公Frank Winter，一個才華橫溢但是有自毀傾向的物理教授，他奉命主導曼哈頓計劃的研發。這項絕密任務不僅將危及他的家庭，還將傷及他的心智。Ashley Zukerman扮演Charlie Abrams，一個聰明絕頂的年輕人，自認為是一個「整天和數字打交道的人」。他的智商高達180，而且很有幽默感。Daniel Stern扮演心理顧問Glen Babbit，負責為參與曼哈頓計劃的年輕物理學家們提供心理輔導。他利用自己的智慧和機智小心穿梭於洛斯阿拉莫斯的政治雷區。Rachel Brosnahan扮演來自波士頓的女孩Abby Abrams，她一時衝動同意和丈夫Charlie Abrams來到一個幾乎「前不著村後不著店」的地方，但很快意識到這裏的生活非常艱難。Harry Lloyd扮演野心勃勃的牛津大學畢業生、物理學家Paul Crosley。當他意識到自己將建造世界上第一顆原子彈時，他對工作的忠誠開始動搖。Katja Herbers扮演Frank Winter教授實驗團隊的成員Helen Price，是極少數參與曼哈頓計劃的女性科學家之一。Christopher Denham扮演物理天才Jim Meeks，應邀加入研製原子彈的絕密項目，是Frank Winter教授實驗團隊的成員之一。Olivia Williams扮演天才植物學家Liza Winter，有一段非常複雜的曆史。她陪伴丈夫Frank Winter（John Benjamin Hickey）來到洛斯阿拉莫斯生活，但她很快發覺這座城市周圍的環境出現了異常變化。Alexia Fast扮演Frank和Liza的女兒Callie，雖然隻有16歲但非常世故，說話尖酸刻薄。Frank因為工作的緣故三天兩頭不在家，而且每次都是「神秘消失」，Callie對此充滿抱怨。David Harbour扮演多集角色Reed Akley，是洛斯阿拉莫斯最有名的「金童」，領導著超過600名科學家組成的龐大團隊。Michael Chernus扮演Frank團隊中的科學家Louis “Fritz” Fedowitz。Carole Weyers扮演在洛斯阿拉莫斯工作的電話接線員Elodie，是個法國人。Daniel London扮演曼哈頓計劃的主導者、著名理論物理學家奧本海默（Oppenheimer），他當時是洛斯阿拉莫斯實驗室主任。
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