Historien om Atomic Heart finner sted i Sovjetunionen i en alternativ versjon av 1950-tallet, der robotikk og andre avanserte teknologier har blitt utviklet under andre verdenskrig. Denne verden er ikke så langt unna idealene som menneskeheten kjemper for i dag: et lykkelig samfunn, vitenskapens fremskritt, perfekte byer med grønne, solfylte parker og bytorg, automatiseringen av hverdagen, ønsket om å utforske stjernene. Men også denne idealverdenen har en underside. I denne sublime, gale verdenen kan du sprenge gigantiske maskiner og mutanter ved å bruke dine mange ferdigheter og avanserte våpen.