Aqui é contada a história da explosão que aconteceu na Usina Nuclear de Chernobyl. Em 1986, na Ucrânia, o acidente dizimou dezenas de pessoas e acabou por se tornar o maior desastre nuclear da história. Enquanto o mundo lamentava o ocorrido, o cientista Valery Legasov (Jared Harris), a física Ulana Khomyuk (Emily Watson) e o vice-presidente do Conselho de Ministros Boris Shcherbina (Stellan Skarsgård) tentam descobrir as causas do acidente.
Operários e bombeiros colocam suas vidas em risco para controlar uma explosão catastrófica de abril de 1986 em uma usina nuclear soviética.
O físico nuclear Ulana Khomyuk faz uma tentativa desesperada de alcançar Valery Legasov, um importante físico nuclear soviético, e o avisa sobre a ameaça de uma segunda explosão que poderia devastar o continente.
Lyudmilla Ignatenko, uma moradora de Pripyat, ignora os avisos sobre a contaminação do marido bombeiro. Valery Legasov estabelece um plano de descontaminação.
Valery Legasov e o vice-primeiro-ministro soviético Boris Shcherbina consideram o uso de robôs lunares para remover detritos radioativo.
Valery Legasov, Boris Shcherbina e Ulana Khomyuk arriscam suas vidas e reputação para expor a verdade sobre Chernobyl.