Stavba gigantického objektu, jakým je jaderná elektrárna v Dukovanech, si žádá pouze ty nejschopnější odborníky. Takovým je inženýr Hlaváč (Jiří Krampol), který se na projektu podílí od úplného počátku jako stavbyvedoucí. Musí se vypořádat s mnoha problémy, zejména s nedostatkem pracovních sil. Kvůli intrikám podřízených a alibistickému vedení je nespravedlivě sesazen na nižší funkci, čas mu ale dá za pravdu a při slavnostním zahájení provozu elektrárny je už opět hlavním vedoucím. Náročná práce si však vybírá daň nejvyšší, jeho srdce nevydrží zběsilé pracovní tempo... Film Atomová katedrála byl natočen podle románu Stanislava Rudolfa Běh znaveného koně. Režisér Jaroslav Balík se pokusil o ambiciózní psychologickou sondu do pracovních i rodinných problémů vedoucích pracovníků a za pomoci pro něj typických retrospektiv předložil svůj obraz tehdejší funkcionářské elity. Balíkův snímek vybízí ke srovnaní s o deset let starším filmem Jiřího Menzela Kdo hledá zlaté dno (1974).

Ten také postavil do centra dění elektrárnu (vodní nádrž Dalešice) a díky poetické kameře Jaromíra Šofra tato stavba působí až podmanivým dojmem. Naopak kamera Viktora Růžičky v Balíkově filmu nenabízí nic než šedivé, neosobní záběry betonových kvádrů. Kontraproduktivní je i hudební doprovod, dlouhé pasáže z Mahlerových symfonií a klavírních koncertů Petra Iljiče Čajkovského patří do zcela odlišného typu filmu. Film dále sráží ploché dialogy a nepřesvědčivé herecké výkony. Jiří Krampol je v roli inženýra Hlaváče stejně bezradný jako ve své druhé ústřední roli normalizační éry, kterou je uvědomělý předseda JZD Štěpán v propagandistickém filmu Karla Steklého Tam, kde hnízdí čápi (1975). Vzhledem k tomu, že se oslavné budovatelské opusy točily především v 70. letech, je Atomová katedrála tématem i pojetím jakoby o dekádu zpožděná. Nicméně především díky ní byl Jaroslav Balík v roce 1985 oceněn Státní cenou Klementa Gottwalda.