For å vinne krigen jobber Nazi-Tyskland med å utvikle atombomben. Vitenskapsmannen Werner Heisenberg har valget mellom å dra ut som frontsoldat, eller å bli i Berlin og gjøre det han elsker aller mest: Forske. Han velger det siste, og blir dermed også hos sine to små barn og sin kone. Regissør Per-Olav Sørensen, som tidligere har regissert "Halvbroren" for NRK, er fascinert av de moralske valgene aktørene måtte ta, enten de befant seg i Norge, Tyskland eller England:
- Werner Heisenberg gjemte seg bak argumentet at han drev vitenskap, ikke politikk. Norsk Hydro hevdet at de bare drev business, ikke politikk, og de allierte hadde en slags holdning om at man ikke kan lage omelett uten å knuse noen egg.
Espen Klouman Høiner har hovedrollen som professor Leif Tronstad. Mannen som bygde tungtvannsfabrikken på Vemork, og som endte med å planlegge sabotasjeaksjonen mot den. Leif Tronstad ble av Gunnar Sønsteby kalt den egentlige helten.
- Da vi startet manusarbeidet, så vi raskt at professor Leif Tronstad, som planla og ledet sabotasjeaksjonen fra London, ikke hadde fått den plass han fortjente i denne historien. I vår versjon er han den naturlige hovedpersonen, sier seriens hovedprodusent, John M. Jacobsen, som også har produsert "Max Manus".
Blant sabotørene er Christian Rubeck, Frank Kjosås, Tobias Santelmann og Benjamin Helstad. Stein Winge er Norsk Hydros administrerende direktør Axel Aubert, og Dennis Storhøi spiller hans høyre hånd i serien – en fiktiv karakter, men som speiler flere av dem som jobbet for Aubert.
Flere europeiske skuespillere har sentrale roller i serien. En av Englands mest populære skuespillere, Anna Friel, har rollen som Julie Smith i den engelske etterretningstjenesten, Pip Torrens spiller den engelske etterretningsoffiseren Colonel Wilson, mens den folkekjære danske skuespilleren Maibritt Saerens spiller Hydro-direktørens hustru. Danmarks Søren Pilmark tolker rollen som Heisenbergs mentor, nobelprisvinneren Niels Bohr. Den tyske karakterskuespilleren Christoph Bach spiller vitenskapsmannen Werner Heisenberg, mens Peri Baumeister har rollen som hans kone, Elisabeth Heisenberg.
- Med "Kampen om tungtvannet" løfter NRK frem og tar vare på den norske historien, der Norge også er en brikke i et internasjonalt spill, sier prosjektredaktør i NRK, Tone C. Rønning. - De unge nordmennene vi følger sto opp og sloss for våre demokratiske verdier. Ville de gjort det samme i dag?
