"מבצע חמניה" הוא סרט דרמה ישראלי המביא את האירועים שהובילו את ישראל של שנות השישים להתחמשות גרעינית.
בתוך שעה וארבעים וחמש דקות ישוגרו טילים גרעינים אל עבר ישראל. אל מול הזמן ההולך ואוזל של שואה גרעינית אפשרית, משוחזר סיפור בניית האופציה הגרעינית של ישראל. עלילת הסרט מתרחשת בשנות ה-60 בירושלים ופריז עם הפנים אל עבר דימונה. זהו סיפור על העשייה הבלתי אפשרית העומדת מאחורי החימוש הגרעיני של ישראל על רקע אינטריגות פוליטיות, עולם המדע והדרמות האנושיות של האנשים שעמדו מאחורי הפרוייקט שזכה לכינוי "מבצע חמנייה".
ישראל בשנות ה-50, מדינה בחיתוליה שמאויימת ללא הרף על ידי שכנותיה, מחליטה להטות את הכף לטובתה. באמצעות ראש המוסד (יהורם גאון) וסגניתו (צופית גרנט) מתחיל מסע של שכנועים, מניפולציות ובריתות חשאיות - הכל כדי להשיג את האופציה הגרעינית, זו שבבוא היום תמנע מלחמה מול שכנותיה של ישראל. מנגד לאנשי המוסד, ניצב פנחם פיירברג, מדען הפיזיקה הבכיר של ישראל (ברוך ברנר), כשהוא קרוע בין האתגר המקצועי והאקדמי של בניית פצצה גרעינית, לבין ההשלכות הפוטנציאליות של בניית פצצה שכזו. יחד עם צוות של שלושה דוקטורנטים (דניאלה קרטס, יוסי מרשק) מתחיל המדען את הדרך אל האופציה הגרעית.
