26 april 1986, USSR. Na een explosie in de vroege ochtend in de kerncentrale van Tsjernobyl proberen fabrieksarbeiders de schade op te nemen. Als aan de controlekamer wordt gemeld dat de kern van de reactor “weg” is, stuurt hoofdingenieur Anatoly Dyatlov zijn mannen naar de kern om dit te onderzoeken. Ondertussen wordt Vasily, een brandweerman, opgeroepen om de brand te blussen, waarbij hij zijn vrouw Lyudmilla moet achterlaten.

Terwijl miljoenen mensen risico’s lopen na de ontploffing in Tsjernobyl, onderneemt nucleair fysicus Ulana Khomyuk een wanhopige poging om Legasov te bereiken en hem te waarschuwen voor de dreiging van een tweede explosie die rampzalig zou zijn voor het continent.

30 april 1986. Nadat ze zich in ziekenhuis nummer 6 in Moskou heeft binnengekocht, negeert Lyudmilla de waarschuwingen van een verpleegster om haar contact met Vasily te beperken. Nadat de brand in de reactor onder controle is, waarschuwt Legasov Shcherbina dat een meltdown het water van miljoenen kan besmetten. Khomyuk zweert de oorzaak van de ontploffing te achterhalen; Legasov maakt een ontsmettingsplan voor de omringende gebieden.

Terwijl de evacuaties in de verboden zone beginnen, halen Shcherbina en Legasov generaal Tarakanov erbij voor advies over het gebruik van op afstand bestuurde maanrovers om puin te verwijderen dat te radioactief is voor menselijk contact.

Nadat Legasov door de KGB is gefeliciteerd omdat hij publiekelijk heeft bevestigd dat de explosie het gevolg was van een "fout van de exploitant", overweegt hij de prijs van het vertellen van de waarheid tijdens het komende strafproces tegen Dyatlov, Bryukhanov en Fomin.