Le 26 avril 1986, à Pripiat, non loin de la centrale nucléaire de Tchernobyl, Anya et Piotr se marient. De son côté, le petit Valery joue avec son père, Alexeï, ingénieur à la centrale. Lorsqu'un incendie se produit à la centrale, Piotr est réquisitionné : il quitte les réjouissances et ne reviendra jamais. Alexeï est contraint de garder le silence sur les événements et, après avoir envoyé sa femme et son fils loin de Pripiat, il disparaît près de la centrale. Mais les effets des radiations se font de plus en plus violents. Le gouvernement décide brutalement d'évacuer les populations. Dix ans plus tard, Anya vit toujours à Pripiat, ville fantôme devenue attraction touristique. Elle y organise des visites guidées. Partagée entre deux amants, Patrick, un Français qui lui promet de quitter l'Ukraine, et Dimitri, le frère de Piotr, Anya s'égare et ne parvient pas à quitter la ville. Elle accepte de vivre avec Dimitri, mais leur maison est occupée par des immigrés kadjiks. Valery, devenu un adolescent renfermé, profite d'un retour à Pripiat sur la tombe paternelle pour fuir dans la ville et tenter d'y retrouver les traces de la vie d'avant. Anya, alors qu'elle a accepté de partir à Odessa avec Patrick et de devenir sa femme en France, annule son départ et retrouve Dimitri à Pripiat. Alexeï est toujours en vie. Mais il n'a jamais revu sa famille : devenu fou, il erre dans la région. Valery est rattrapé alors qu'il avait retrouvé la maison familiale.