“二战”期间，纳粹德国成立了铀计划研究机构，这引起了很多科学家的担忧。1939年8月，由移居美国的匈牙利科学家西拉德等人牵头策划、由爱因斯坦签署的一封信送到美国总统罗斯福手中。信中陈述了铀核裂变有被用来制造威力空前的原子弹的可能性，并特别指出德国正在进行相关的工作，提醒罗斯福应迅速采取应对措施。1941年7月，一批英国科学家到达美国，建议美国应以更强的迫切感、更高的积极性发展原子武器，赶在德国前面研制成功。
1941年12月珍珠港事件发生后，美国改变了“孤立主义”的立场，加入世界反法西斯同盟，正式对日宣战。1942年夏天，美国在英国和加拿大的合作下，开始了一项代号为“曼哈顿计划”的研发原子弹的军事工程。
“曼哈顿计划”是一项规模宏大的军事工程，历时3年，参与者达10万多人，总耗资高达20亿美元；这是此前任何一项军事工程都无法比拟的。鉴于这项工作的特殊性和重要性，由罗斯福亲自牵头，成立了一个最高决策小组，全权负责整个计划的实施。这项工程集中了当时西方国家（除德国外）的最优秀的核科学家，其中不乏诺贝尔奖获得者。工程的技术总负责人为罗伯特·奥本海默（J.Robert Oppenheimer，1904—1967），正是这项重任，使他日后赢得了美国“原子弹之父”的美誉。
1945年7月16日凌晨5点30分，世界上第一颗原子弹在新墨西哥州的沙漠中试验成功。同年的8月6日和9日，美国分别在日本广岛和长崎投下了原子弹“小男孩”和“胖子”，从而大大提早结束了战争。但是，原子弹的巨大破坏力着实让人们震惊，不少当初建议美国政府研制原子弹的科学家纷纷退出了“曼哈顿计划”，他们用自己的良知呼吁决策当局慎用原子武器。
1946年，美国新的原子能委员会组成，杜鲁门总统将曼哈顿工程的全部财产和权利交给原子能委员会，“曼哈顿计划”至此终结。
