Ucrânia, 1986. Uma explosão seguida de um incêndio na Usina Nuclear de Chernobyl dizima dezenas de pessoas e acaba por se tornar o maior desastre nuclear da história. Enquanto o mundo lamenta o ocorrido, o cientista Valery Legasov (Jared Harris, de Mad Men e The Terror), a física Ulana Khomyuk (Emily Watson, de Genius e Little Women) e o vice-presidente do Conselho de Ministros Boris Shcherbina (Stellan Skarsgård) tentam descobrir as causas do acidente.