Una fecha clave en el sinuoso camino que lleva a la fabricación de la bomba atómica es el año 1919, a poco tiempo después de haber concluido la I Guerra Mundial, cuando el físico Inglés Ernest Rutherford logra materializar por primera vez aquel viejo sueño de los alquimistas: la transmutación de los átomos, esto es la conversión de un elemento químico en otro distinto. Al estar experimentando con partículas de nitrógeno y elemento radio, Rutherford provocó una colisión que trajo como resultado la conversión del nitrógeno en átomos de oxígeno e hidrógeno bajo la acción radiactiva del elemento radio. En el proceso se liberó una considerable cantidad de energía producto de la pérdida de una pequeña fracción de la masa atómica del nitrógeno. Con anterioridad a este experimento Albert Einstein ya había predicho la transformación de la masa en energía mediante la ecuación:
donde 
significa energía, 
es la masa y 
representa a la velocidad de la luz (unos 300 mil Kilómetros por segundo).La pérdida de una fracción de la masa se debe a la conversión de masa en energía , esta energía es la responsable de la enorme potencia destructora de las bombas nucleares.
A pesar de haber logrado la primera fisión nuclear (ruptura de núcleos atómicos para dar lugar a la formación de otros), Rutherford no creía en la posible utilización de esta nueva fuente de energía peor aún en la construcción de una bomba. En el año 1933 decía por ejemplo que "cualquiera que espere una fuente de potencia de la transmutación de estos átomos está diciendo sandeces" . Esta era también en aquel tiempo la opinión de Einstein, quien en 1934 afirmaba "que serían infructuosos los intentos por liberar la energía atómica", opinión que muy pronto tuvo que cambiar.
Por aquel entonces Leo Szilard, un joven científico húngaro doctorado en Alemania, estaba convencido de que la bomba nuclear era una posibilidad real. Concibió la noción de una "reacción en cadena" y profetizó que si un núcleo al ser golpeado por un neutrón emitiera dos neutrones, estos golpearían a su vez otros núcleos, continuando este proceso por sí mismo en una impresionante cascada.
A los pocos meses de la subida de Hitler al poder en Alemania (1933),
Szilard viajó a Inglaterra y comenzó a realizar investigaciones relacionadas con la física nuclear. Posteriormente llegó a los Estados Unidos en enero de1939 invitado por la Universidad de Columbia. Aquel mismo mes llegó también a los Estados Unidos otro renombrado físico italiano, Enrico Fermi. Aquel mismo año (1939) los físicos alemanes Otto Hahn y Frederic Strassman consiguieron la fisión del átomo de Uranio -235 al bombardearlo con neutrones lentos, obteniendo átomos de Bario y de Kriptón.
Tan solo unas semanas después de la llegada de Fermi a los Estados Unidos, Niels Bohr (físico danés) apareció en Nueva York con la noticia del descubrimiento de la fisión del uranio, resumiendo estos conocimientos de la siguiente forma:
- El uranio -235 se parte con neutrones lentos
- El uranio- 238 se parte con neutrones rápidos produciendo neptunio y plutonio.
Durante la II Guerra Mundial no sólo fueron los alemanes y los norteamericanos quienes manipulaban la energía nuclear con miras a la fabricación de una bomba atómica, sino también científicos soviéticos y japoneses, aunque sin éxito.
Durante las operaciones de Noruega, en el fragor de la II Guerra Mundial (principios de 1942) , cayó en poder del ejército aliado una planta de agua pesada construida por los alemanes. (el agua pesada está compuesto de oxígeno y un isótopo del hidrógeno llamado deuterio). Su instalación y funcionamiento evidenciaron que los alemanes aventajaban a los ingleses y norteamericanos en el conocimiento de la energía nuclear. A partir de este descubrimiento los gobiernos de Estados Unidos, Inglaterra y Canadá se unieron y acordaron el inicio del proyecto "Manhatan" para la construcción de la bomba atómica dentro de un riguroso secreto y sin conocimiento del gobernante soviético Stalin que formaba también parte de la alianza .
Oficialmente las investigaciones nucleares en los Estados Unidos se venian realizando desde el 6 de diciembre de 1942 ,un dia antes del ataque japonés a la flota norteamericana en Pearl Harbor y este acontecimiento no hizo más que acelerar estas investigaciones.
A primera hora de la mañana del 7 de diciembre de 1941, submarinos japoneses y aviones procedentes de portaaviones atacaron sorpresivamente a la flota estadounidense atracada en Pearl Harbor. Los aeródromos militares cercanos también fueron atacados. Ocho buques de guerra y más de diez embarcaciones fueron hundidos o sufrieron graves daños, casi 200 aviones fueron destruidos y murieron o resultaron heridos aproximadamente 3.000 hombres de la Marina y del Ejército. El ataque supuso la entrada de los Estados Unidos en la II Guerra Mundial en el bando aliado.
Tiempo más tarde el director del proyecto "Manhattan" el general Leslie Groves diría: " con gran esfuerzo hemos reunido aquí al grupo más grande de cerebros existente"
Se levantaron 3 plantas en territorio norteamericano: Oak Ridge (en el estado de Tenesse), Richland (en el estado de Washington) y Los Álamos (en el estado de Nuevo México)
El uranio 235 ya había sido reconocido como el material ideal para la fabricación de la bomba atómica, sin embargo resultaba difícil separarlo del uranio 238. Entonces surgió otra posibilidad: algunos núcleos de uranio 238 al ser bombardeado con neutrones absorbían un neutrón sin romperse transformándose en un nuevo isótopo, el uranio 239. El uranio 239 al cabo de unos minutos se rompe por ser sumamente inestable, transformándose en neptunio. El neptunio después de dos días se transforma a su vez en plutonio -239 ó plutonio -240. El plutonio resultó ser fisionable y capaz de mantener una reacción en cadena, además de ser fácilmente obtenible.
En las tres plantas, los científicos se dedicaron a separar material fisionable: mientras que en Oak Ridge se esforzaban por obtener uranio 235 puro, en las otras dos plantas se empeñaban en producir plutonio-239.
A pesar de la naturaleza trascendental del trabajo, no todos los momentos eran serios. Richard Feynman- tiempo más tarde premio Nóbel- era un impetuoso joven bromista de 25 años, a quien le gustaba hacer perder la paciencia al personal de seguridad. Molesto porque le abrían la correspondencia, había decidido que su mujer le enviara cartas escritas en clave o en cientos de trozos antes de echarlas al correo. En una ocasión llegó al extremo de penetrar en el área de máxima seguridad, para dejar en los archivos secretos un mensaje que decía
