Возвращаемся на два года назад, ночь на 26 апреля 1986 года. Четвёртый энергоблок Чернобыльской АЭС взрывается во время испытаний системы безопасности. Заместитель главного инженера Анатолий Дятлов отказывается признавать очевидное — ядерное топливо горит под открытым небом, графитовые блоки разбросаны по крыше. Операторы Акимов и Топтунов, выполняя приказ начальства, вручную открывают задвижки системы охлаждения, получая смертельные дозы облучения в разрушенных коридорах станции.

Пожарный Василий Игнатенко целует беременную жену Людмилу и уезжает тушить пожар на станции. Пожарные работают без защиты, поднимают руками раскалённый графит, кожа на ладонях мгновенно обугливается. Жители Припяти выходят на мост смотреть на электрический синий свет над станцией, не зная, что стоят в потоке радиации.

Директор станции Брюханов, главный инженер Фомин и Дятлов собираются в кабинете исполкома. Отрицают масштаб аварии, блокируют все сообщения во внешний мир, запрещают эвакуацию. Заместитель главного инженера Ситников докладывает — активная зона реактора открыта. Ему не верят. Брюханов и Фомин заставляют его подняться на крышу для визуального осмотра под дулом автомата. Ситников поднимается, видит ад, получает смертельную дозу, спускается. Чиновники по-прежнему не верят.

Физика Легасова срочно вызывают в Москву. Заместитель председателя Совмина Борис Щербина назначен руководителем правительственной комиссии. Радиоактивное облако ползёт к Припяти. Дети идут в школу мимо мёртвых птиц, падающих с неба.

Но Легасов в зале суда делает иначе. Раскрывает правду. Объясняет: при определённых условиях реактор РБМК входит в положительный режим обратной связи — вместо того чтобы гаситься, мощность лавинообразно растёт. Это известно проектировщикам двадцать лет. Информация засекречена, операторы о дефекте не знали. Дятлов виноват, но не один. Виновата вся система, которая скрывала правду ради плановых показателей, карьеры, идеологии.

Параллельно идут флешбэки — реконструкция ночи взрыва с точки зрения операторов Акимова и Топтунова. Показано, как Дятлов давил на подчинённых, требуя продолжать испытание вопреки предупреждениям. Как Топтунов жал аварийную кнопку АЗ-5, которая должна была остановить реактор, но из-за конструктивного дефекта вызвала всплеск мощности и взрыв.

Суд выносит приговоры. Дятлов — десять лет колонии. Брюханов — десять лет. Фомин — десять лет. Легасова после суда вызывают в КГБ. Чарков, первый заместитель председателя КГБ, объясняет — карьера учёного окончена. Публикации запрещены. Заграничные поездки запрещены. Награды не будет. Цена правды.

Финальная сцена — апрель 1988 года. Легасов в пустой квартире. Записывает последнюю кассету. Прячет архив показаний. Накидывает петлю. Титры сообщают судьбы героев: Щербина умер от инфаркта в 1990-м. Хомюк — собирательный персонаж сотен советских учёных. Дятлов вышел по УДО в 1990-м, умер в 1995-м. Баранов, Ананенко и Беспалов живы. Акимов и Топтунов умерли от лучевой болезни через две недели после взрыва. Людмила Игнатенко жива, воспитывает второго ребёнка. Стоимость ликвидации последствий — 18 миллиардов рублей. Зона отчуждения закрыта на двадцать тысяч лет.

Формируют бригады ликвидаторов из солдат срочной службы и гражданских призывников. Генерал Тараканов инструктирует людей — девяносто секунд на крыше, не больше. Свинцовый фартук, респиратор, лопата. Подняться, сбросить графит с края крыши, спуститься. За девяносто секунд человек получает годовую дозу облучения. Тысячи людей работают по очереди. Многие нарушают регламент, остаются дольше — хотят сделать больше за один заход.

Параллельная линия: военные отряды зачистки зоны отчуждения. Всех домашних животных в тридцатикилометровой зоне нужно уничтожить — они переносят радиоактивную пыль. Молодой солдат Павел получает винтовку и обходит покинутые деревни. Стреляет в собак, которые бегут к людям, виляя хвостами. Находит щенков в сарае. Не может выстрелить. Грузинский солдат Бачо, афганец, делает это за него.

Хомюк продолжает расследование причин взрыва. Изучает документацию, опрашивает выживших операторов. Понимает — дело не только в действиях Дятлова. Реактор РБМК имеет фатальный дефект конструкции, о котором знали проектировщики и начальство. Но этот факт засекречен. Раскрыть правду — значит бросить вызов государству.

Вторая задача — прокопать тоннель под реактором и залить бетонную плиту, чтобы расплав не ушёл в грунтовые воды. Министр угольной промышленности Щадов вызывает шахтёров из Тулы и Донбасса. Главный бригадир Глухов докладывает условия работы — температура под реактором плюс пятьдесят градусов, одежда мешает работать. Шахтёры копают голыми по пояс в адской жаре и радиации. Роют месяц.

В Москве Людмила Игнатенко приезжает в специализированную больницу № 6. Василий и другие пожарные умирают от острой лучевой болезни. Кожа отслаивается пластами, кровоточат все слизистые, внутренние органы отказывают. Людмила пробирается в изолятор к мужу вопреки запретам врачей, обнимает его. Василий умирает у неё на руках. Его хоронят в цинковом гробу, заливают бетоном на специальном кладбище. Через месяц Людмила рожает девочку, которая умирает через четыре часа. Врачи говорят — ребёнок принял всю радиацию отца на себя.

Легасов прибывает на станцию с Щербиной. Докладывает правительственной комиссии — реактор взорвался, радиоактивное облако движется на запад, Европа под угрозой. Щербина не верит. Легасов требует эвакуации Припяти. Чиновники отказываются — паника опаснее радиации.

Физик-ядерщик из Минска Улана Хомюк (собирательный персонаж, объединяющий десятки советских учёных) едет в зону. Пробивается через кордоны, видит разрушенный реактор собственными глазами, понимает — внутри активной зоны началось расплавление топлива. Под реактором три огромных резервуара с водой. Если расплавленное ядерное топливо дойдёт до воды — второй паровой взрыв мегатонного масштаба. Полмиллиона жителей Киева, загрязнение всей Европы.

Хомюк звонит Легасову, объясняет угрозу. Легасов убеждает Щербину. Начинается эвакуация Припяти — пятьдесят тысяч человек за три часа. Автобусы увозят людей, которые думают, что вернутся через три дня. Больше они свой город не увидят никогда.

Легасов организует сброс песка, свинца и бора с вертолётов на горящий реактор. Лётчики летят сквозь радиоактивный дым без защиты. Один вертолёт падает, задев тросом крана. Экипаж погибает.