Třídílná miniséie pojednává o jedné z méně známých událostí druhé světové války. Ta se neodehrála na bitevním poli, nicméně bývá považována za jednu ze zásadních malých operací, jež pomohly, aby konflikt neskončil vítězstvím nacismu. Po celou dobu druhé světové války probíhal v Německu výzkum jaderné energie a jejího možného využití pro zbrojní účely. Projekt vedený laureátem Nobelovy ceny Wernerem Heisenbergem vyžadoval velké množství těžké vody, kterou jako vedlejší produkt syntézy amoniaku pro hnojiva vyráběla chemický závod v norském Vemorku. Tato továrna se tak stala klíčovým terčem plánování západních spojenců. Po neúspěchu velkého výsadku s cílem zničit celou továrnu se pod vedením norského vědce, rozvědčíka a vojenského plánovače Liefa Tronstada v rámci britského Velitelství kombinovaných operací realizovala akce s názvem Gunnerside, která využila malou skupinu norských vojenských emigrantů.

Seriálové vyprávění se zaměřuje na tři klíčové postavy spojené německým programem vývoje atomové bomby. Werner Heisenberg je zapálený vědec, který je ke spolupráci sice dohnán nátlakem, ale současně si je vědomý, že nikdy jindy než za války by neměl podobné neomezené možnosti výzkumu. I když si navenek nepřipouští možné důsledky své práce a jejího užití ve válečné mašinerii, přesto musí čelit vnitřním otázkám odpovědnosti. Etické pochybnosti a námitky lemují také plány Liefa Tronstada a jeho kolegů ve velení, když zvažují ceny životů svých podřízených i lidí na druhé straně, kteří mají být obětování v zájmu ochrany jiných před ničivou zkázou jaderné zbraně. Lehké spaní nemá ani vedoucí továrny Erik Henriksen, když se snaží manévrovat na vahách kolaborace a zajišťování obživy pro své podřízené.

Boj o těžkou vodu vychází z reálných událostí, ale jak tvůrci sami přiznávají v závěrečných titulcích, v zájmu dramatického efektu si místy vypomáhá fabulací. Konkrétně tak některé vedlejší postavy jsou smyšlené i představují zástupné osobnosti pro několik lidí. To je případ např. taktické specialistky z britského velení Julie Smith a především Erika Henriksena, který umožňuje rozehrát širší paletu emocí a témat, než jeho reálný předobraz.