Действие киноповести происходит в 60-е годы ХХ столетия. Молодые ученые-ядерщики, одержимый экспериментатор Гусев (Алексей Баталов) и скептически настроенный физик-теоретик Куликов (Иннокентий Смоктуновский), — давние друзья, влюблённые в одну девушку по имени Лёля (Татьяна Лаврова). Физик-атомщик Гусев возглавляет научные изыскания, начатые его учителем Синцовым (Николай Плотников), который в результате эксперимента получил смертельную дозу радиации. Облучён и Гусев. Врачи предупреждают об опасности, но, понимая важность своей работы, ученый продолжает опыты. После ряда неудач обращается за помощью к Куликову, талантливому теоретику, другу
