1905年， 爱因斯坦提出了狭义相对论和著名的核动力公式E＝MC2，为原子能的发现和利用奠定了理论基础。
20世纪30年代，英国物理学家詹姆斯·查德威克、意大利物理学家费米和德国物理学家哈恩、施特劳斯等人先后在原子物理方面取得重大突破。1939年初，德国化学家O.哈恩和物理化学家F.斯特拉斯曼发表了铀原子核裂变现象的论文。几个星期内,许多国家的科学家验证了这一发现,并进一步提出有可能创造这种裂变反应自持进行的条件，从而开辟了利用这一新能源为人类创造财富的广阔前景。
但是，就像人类历史上的很多科学发现一样，核裂变最初的应用就是军事方面。
1939年4月，纳粹德国将6名原子物理学家召到柏林，举行秘密会议，决定开始制造能控制利用铀的装置。同年9月26日，德国军备规划局制订了“U计划”，开始秘密研制核武器。
纳粹核计划的上马使得丹麦著名核物理学家玻尔万分担忧。他立即前往美国，将这一消息告诉正流亡在美国的费米等科学家。这些深知核能巨大威力的科学家对此忧心忡忡，他们知道，如果纳粹德国抢先制造出原子弹，人类就将面临史无前例的核灾难！阻止这一灾难的惟一办法就是要抢在德国之前制造出原子弹。然而，制造原子弹需要雄厚的经济后盾、齐全的研究设备、大量的科学人才和安定的社会环境。环顾参加反法西斯战争的各个国家，只有美国有此条件。本着对历史负责的精神，当时在美国的核物理学家费米、西拉德和泰勒等人从3月17日起在美国积极奔走，呼吁美国尽快开始研制原子弹，但是美国军方领导人难以理解这一新生事物，将这些科学家视为“怪人”，对他们的建议嗤之以鼻。
随着时间的流逝，科学家们心急如焚，他们认为：只有直接将建议交给总统罗斯福，才有可能尽快开始研制工作。为了增加说服力，他们一致决定推举德高望重的爱因斯坦作为代表。7月下旬，西拉德和泰勒拜访了定居纽约的爱因斯坦。在听明来意后，这位具有强烈正义感和责任感的科学巨匠，欣然接受科学家们的委托，在费米等人的建议报告上署上了自己的名字，并亲笔给罗斯福写了一长一短两封信。
以下是其中一封的译文
总统先生：
通过和E.弗尔米，I.西拉德进行关于研究草稿的交流，最近的工作使我相信在不久的将来，铀元素将成为一种新型的重要的能源。由此引起的许多问题需要我们提高警觉性，假如有必要的话，政府部门应当采取迅速的行动。因此我相信我有责任提醒您关注以下的事实和建议。
在过去的四个月里，通过约里奥在法国的工作，以及弗尔米和西拉德在美国进行的工作，使用大量的铀来建立核链式反应堆，从而产生巨大的能量和大量的新型类镭元素已成为可能。现在基本可以确定这将在不久的将来实现。
这种新的现象将引导着炸弹的构造，并且这是有可能的--尽管还不是那么确定--威力十分巨大的炸弹将因此而可能被制造出来。这样一颗单个的炸弹，用船运载，并在港口爆炸，将可能会摧毁整个港口以及周围的环境。然而，这样的炸弹对于空中运输可能显得太过于沉重。
美国只有很少量适合使用的铀矿石。有一些好的矿石在加拿大和捷克斯洛伐克，但最好的铀资源还是在刚果。
基于这样的情况你也许会认为在美国建造链式反应堆的物理学家和行政部门保持永久的关系是有必要的。对于你而言实现这样的可能的方式就是，将这一任务委托给一个你信任的人，而他将以一个非官方的身份进行工作。他的任务也许包括以下内容：
1. 接近政府部门，熟悉未来的发展情况，并且给政府的工作提出建议，特别是关注为美国获取铀矿的供应。
2. 通过提供资金加速实验活动，解决目前由预算有限的大学实验室来进行的问题。假如已经有资金，则通过和愿意为这一事业奉献的个人联系，或者是和具有必要设备的公司实验室进行合作。
我了解到德国实际上已经停止了捷克斯洛伐克矿山的铀交易，并对其进行了接管。它已经采取这样早的行动是可以理解的，根据德国副国务卿的儿子魏茨泽克，供职于柏林凯撒--威廉研究会，而在那里美国关于铀的活动一直在重复着。
你真诚的，
阿尔伯特.爱因斯坦
为说服罗斯福接受建议，同样受科学家们委托的罗斯福的好友和科学顾问阿列克谢·萨克斯给罗斯福讲了拿破仑没有理睬富尔顿的建议，拒绝制造蒸汽轮船，从而丧失了进攻英国的大好机会的故事，又让他看了物理学家弗兰西斯·阿斯顿1936年写的一篇论文。在展望原子能未来的发展前景时，阿斯顿不无疑虑地写道：“我个人认为，毫无疑问，亚原子能就在我们的周围，而且总有一天有人能够释放并控制它那巨大的能量。我们不可能阻止他这样做，只能是希望不要把隔壁邻居炸飞。”
聪颖过人的罗斯福总统看到这里，抬起头对萨克斯说：“我明白了，阿列克谢，你现在所寻求的是保证纳粹不把我们炸飞。”
1939年10月，罗斯福采纳了爱因斯坦的建议，并下令成立了一个铀顾问委员会。几乎与此同时，在日本“帝国陆军航空技术研究院”院长安田藤下中将的率领下，日本也启动了自己的核武器研究计划。
1941年12月6日，也就是珍珠港事件的前一天，罗斯福正式批准了原子武器的研制计划。太平洋战争爆发后，美国政府加快了原子弹的研究步伐。1942年6月17日，美国国会拨款20亿美元作为原子弹研究经费。8月11日，美国政府正式制定了原子弹研究计划，取名为“曼哈顿工程”，由美国陆军工程兵团建筑部副主任格罗夫斯将军任计划总负责人。格罗夫斯的管区设在田纳西州诺夫斯维尔附近的橡树岭。同时，在美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的一座荒山上，建立起了有12.5万人的巨大的原子武器研究工厂。当时，为“曼哈顿工程”制定了两条原则：一是要保证原子弹在战争结束之前提供给美国军队使用；二是要赶在德国人前面制造出原子弹。
由于担心爱因斯坦的犹太复国主义言论，“曼哈顿工程”没有让爱因斯坦参与工作，而是由另一位著名科学家罗伯特·奥本海默博士担任首席科学家。1943年12月，按照英美两国领导人在魁北克会议上达成的协议，以查德威克为首的28位英国科学家开始参与原子弹的研究工作。
在原子弹的研究过程中，所需要的人力、物力令人难以想象。仅为制造分离同位素铀的所用装置的电磁线圈，所动用的美国国库的白银和银币就达1.4万吨！
1945年5月8日晚12时，德国无条件投降仪式在柏林举行。7月17日至8月2日，美苏英三国首脑在柏林郊外的波茨坦举行会议。就在会议开幕的前一天——7月16日清晨5时30分，世界上第一颗原子弹在美国新墨西哥州的沙漠地区爆炸成功。
