1939年夏天，移居美國的匈牙利物理學家西拉德等人得知德國科學家開始討論利用原子能和禁止它占領的捷克斯洛伐克出口鈾礦石的消息。他們非常擔憂，開始研究怎樣促使美國政府注意德國可能研製成原子彈的問題。同年7月，西拉德拜訪了大科學家愛因斯坦，希望憑借他的名聲給羅斯福總統寫信，敦促美國政府馬上研製核武器，趕在希特勒之前。8月，幾位在美國的科學家，由愛因斯坦簽名，寫信給羅斯福總統，陳述了鈾裂變有可能被用來製造出威力空前的炸彈的問題，並特別提到了納粹德國正在進行的工作，敦促羅斯福做出研製核武器的計劃。專家們的建議終於說服了羅斯福總統，1941年12月，羅斯福總統正式批準了全力以赴研製原子彈的計劃，為了保密就將該計劃起名為“曼哈頓工程”。曼哈頓工程是自然科學和工程技術史上的一次創舉。它從1941年至1945年，曆時5年，共動員了50萬人，15萬名科學家和工程師，耗資20億美元，用電占全美國電力的三分之一。曼哈頓計劃是人類有史以來第一次大兵團作戰，集體攻克難關的先例，由此總結的經驗對後來人造衛星、登月計劃等大科學項目有很大的幫助。這項工程計劃嚴密而周全，實施堅決果斷，尤其突出的是高度嚴格的保密工作令人歎為觀止。如此大規模的曼哈頓工程計劃，連美國副總統杜魯門也毫無所知，直到1945年4月羅斯福總統去世，杜魯門接任總統職位時，他才獲悉此項工程的內幕。
製造原子彈的內幕
研製原子彈，好像一支前途未卜的遠航艦隊，指揮這支艦隊的是一名能幹的指揮者格羅夫斯，格羅夫斯並不是科學家，而是一名軍官，但曼哈頓工程不是純科學研究，而是科學、技術、生產、軍事及管理等多方麵的綜合。在這種情況下，組織、協調、決策能力就顯得極為重要了。在開始研製原子彈時，除了哈恩、斯特拉斯曼和梅特納等人的論文，表明用慢中子轟擊鈾－235，進行裂變反應，可以得到巨大的能量外，原子彈什麼樣？怎樣獲得爆炸用的核燃料？怎樣引爆？以及很多技術細節都一無所知。這給原子彈研製的組織領導工作和科學家們帶來了極大困難。
曼哈頓計劃大致有三方麵內容：一是生產鈈，二是生產濃縮鈾－235，三是研製炸彈。為了製造原子彈，首先就要有足夠的純淨鈾，1940年，全美國隻有40克純鈾，而且人們還沒找到提取純鈾的方法。為此，美國衣阿華大學斯佩丁領導的研究小組，用離子樹脂交換法提煉純鈾，到1942年他們已分離出純鈾2噸。為了實現鈾核裂變鏈式反應，還必須把鈾的兩種同位素分離開，用鈾－235作原子彈的核燃料，因為鈾－238不能實現鏈式反應，但天然鈾中，鈾－235隻占0．7％，鈾－238占99．3％，即140個鈾原子中隻有1個鈾－235，而且兩種同位素化學性質相同，彼此很難分離。為此，勞倫斯領導的加利福尼亞實驗室與幾家公司用電磁分離法，尤裏領導的哥倫比亞大學實驗室和幾家公司用擴散方法分別完成了分離濃縮鈾－235的任務，並於1945年7月製造出足夠一顆原子彈用的鈾－235燃料，保證了曼哈頓工程計劃的圓滿完成。
其實當時德國有關原子核裂變的研究水平也相當高，與美國不相上下，但是，由於分離鈾－235需要極大的工廠和資金，而德國戰時因材料匱乏，根本做不到這點，在戰爭結束的時候也隻停留在實驗室階段。戰後發現的事實說明，在研製原子彈問題上，美國對德國估計過高。美國認為這是一場關係到生死存亡的競賽，開足馬力全速前進，而實際上德國沒有參加這場競賽，或者說德國旁若無人在慢悠悠地前進。