Конец 1950-х годов. Израиль получает от своей разведки информацию о секретных договорах, заключенных СССР с Сирией и Египтом о поставках крупных партий вооружения. Премьер-министр Израиля Давид Бен-Гурион решает начать разработку собственного ядерного оружия, посчитав, что это может стать достаточно веской причиной для уменьшения арабской агрессии. Герой фильма «Операция „Подсолнух“» — доктор Файерберг, специалист в области ядерной физики и руководитель научной группы из четырех молодых ученых, занимающейся вопросом израильского ядерного оружия.