1941 год. Белорусская ССР охвачена войной. На оккупированной немцами территории советские партизаны обнаруживают секретные урановые рудники. Здесь под руководством талантливого русского учёного, бежавшего от советской власти после революции, проводятся опасные эксперименты. Учёный не просто предан своему делу, он одержим идеей завершить свои научные исследования по выделению энергии при делении ядер урана, ведь эти открытия способны изменить ход войны и мировую историю.

Бывший вор-рецидивист Алексей Лаврентьев по прозвищу Лёха-Лавр чудом избегает смерти, оказавшись в гуще войны. Судьба приводит его в партизанский отряд капитана НКВД Виктории Дегтяренко: поначалу новые товарищи встречают его с недоверием и враждебностью, но благодаря находчивости и смелости он быстро завоёвывает авторитет и уважение. Постепенно Алексей узнаёт, что таинственный немецкий учёный - это его отец Александр Лаврентьев, которого он считал погибшим.

Выпускница московской медицинской академии Надя Чудова решает после окончания вуза работать в провинциальной больнице родного города, где однажды её спас талантливый хирург Андрей Крылов. Надя производит впечатление чудачки, но на самом деле обладает уникальным даром видеть болезнь с помощью синестезии - нейрологического феномена, который появился после пережитой в юности аварии. Необычные способности хоть и помогают ей в работе, но вызывают иронию и насмешки у окружающих.