1986年4月26日凌晨,位于乌克兰苏维埃社会主义共和国普里皮亚季的切尔诺贝利核电站发生了严重的爆炸事故。瓦列里·列加索夫,作为一个杰出的苏联核物理学家,成为了处理这场事故的应急小组的一员,同时也成为最先了解并着手组织处理这场事故的负责人之一。苏联部长会议副主席、苏联能源局领导鲍里斯·谢尔比纳在事故发生数小时后,被指派领导事故调查委员会,但当时政府还没意识到反应堆已经爆炸。作为这史无前例人为灾难的高级应对官员,他发现自己身陷政治体系问题,以及得面对这场核灾难不停攀升的伤亡人数。苏联核物理学家乌拉娜·霍缪克致力于调查切尔诺贝利事故的真相,好让未来不会再发生同类事件。但在调查期间她与想埋葬可怕秘密的人产生了未曾预料的冲突,为了真相她得冒着失去自由,甚至生命的危险。。上海江滨造船厂电焊女工、劳动模范丁小亚从南方疗养归来。当她准备参加同事朱丽芳的婚礼时,却发现自己和男青工杜海都未收到邀请。在后面的工作中,组长陈金根和朱丽芳等人又对丁小亚当劳模一事百般嘲讽。小亚只好将全部热情倾注在工作上,努力忘却周围人对她的疏远和冷淡。后来,陈金根为了奖金,要小亚以劳模身份向领导求情,遭到拒绝,遂蓄意报复,小亚负伤入院。
杜海在一次维修吊塔的过程中发生事故,他舍身救下工友,却遭到不公正待遇,小亚对他充满同情。不久,居民村发生火灾,杜海奋力参加抢救,朱丽芳还误会录音机丢失是杜海所为。真相大白后,杜海不计前嫌,又积极帮助朱丽芳建新房。当他收工回到家,发现丁小亚正为自己生火做饭。在相互的理解中,两颗孤独的心紧紧地贴在了一起。。