核炸弹的产生起源于30年代的一个科学实验。美国和欧洲大陆的物理学家们试图以中子流高速撞击不同的自然元素，以期发现物质的原子结构是如何产生突变。铀，自然界最重的元素，是最有潜力的目标。1938年10月8日，在柏林的威廉大学的化学研究所，两名科学家通过高速撞击铀元素成功地取得了突破：他们分裂了原子的核。
德国物理学家奥托·哈恩和弗里茨·施特莱斯曼向他们的前任同事李瑟·梅纳尔（当时 为了躲避纳粹逃亡到瑞典）报告了他们的发现。梅纳尔和他到访的侄子奥托·弗里舍一起分析了柏林的试验，而且重复了试验，得出了相同的结论。圣诞节后不久，弗里舍返回自己在丹麦的实验室完善了这次试验，他不仅分裂了原子，而且测量到了分裂过程中产生的微弱能量。
弗里舍将这一发现告诉了诺贝尔奖获得者，丹麦物理学家尼尔斯·波尔。尼尔斯·波尔此时即将动身前往美国普林斯顿大学作演讲。在波尔抵达美国不久，他就以戏剧化的方式与美国科学界分享了这一信息。1939年1月26日，在华盛顿一次大概有50名科学家参加的聚会上，他递交了一份关于核裂变试验的详细报告。波尔的报告在这群坚定沉着的科学家中引起了一阵骚动。大多数科学家意识到他们正处于核试验取得突破的关键时刻。
因为波尔的报告写得非常详尽，所以这些约翰斯·霍普金斯大学（位于巴尔的摩附近）的物理学家们都在太阳落山之前匆忙赶回了实验室，进行铀原子核的分裂试验。那天晚上，华盛顿的卡耐基研究所也进行了原子核的分裂试验，并取得了成功。随后，芝加哥大学和加里福尼亚大学伯克利分校也进行了相同的试验。在实验室内，微粒加速器正在用中子高速撞击铀，同时，那些与振动幅相连的探测脉冲的绿线正在测量这些微小爆破产生的能量。新泽西大学的匈牙利流亡物理学家利奥·希拉德形容说：“普林斯顿大学的物理部门兴奋得简直像一个骚动的蚂蚁窝。”
最近，一大批欧洲科学家从纳粹法西斯主义的魔掌下逃亡到美国，希拉德就是其中之一。还有他的朋友匈牙利人爱德华·特勒、尤金·维格纳，意大利人恩里科·费尔米，以及德国人汉斯·贝特等等。就像他们的美国同事一样，他们也被核裂变的发现深深吸引住了。
没有人比希拉德更兴奋的了，因为早在五年前，他就提出通过中子撞击可以分裂原子核，结果是它将依序释放出更多的中子。如此一来，在某种特定条件下，其他的原子核也能够被分裂。如果这个结论成立，那么它将是一个独立的链式反应，并能产生不可预知的能量。
希拉德继续努力去证明他的理论，终于在1939年3月，他和一位任职于哥伦比亚大学的同事成功地制造出实验室水平的铀链式反应。他欣喜若狂，急忙打电话告诉他在华盛顿的朋友爱德华·特勒，“我已经发现了中子！”他兴奋地用匈牙利语大声喊着。爱德华·特勒很明白，可控的链式反应的发现意味着获得核能量---核武器，从理论上而言已经是指日可待的事情。同时希拉德也可能是第一个意识到，他的成功背后也蕴藏着危险。他说，“那天晚上，我知道世界正走向悲哀。”
1939年春天，任职于普林斯顿大学的尼尔斯·波尔和一位年轻的美国物理学家约翰·惠勒又向前迈出了重要一步，他们证明了只有一小部分自然铀或铀238才能进行分裂，分裂后将会产生一种同位素，他们将其命名为铀235，如果能够从铀238中分裂大量的铀235，那么就能用这种同位素制造出威力强大的爆炸物。波尔相信，人类没有能力来制造这种爆炸物。他告诉特勒：“这绝不能实现，除非将美国变成一个巨型工厂。”
1940年，在伯克利实验室的一次实验中，这种神奇的元素——铀显露出另一个奇特性质。在中子高速撞击的特定条件下，一部分铀238将在瞬间完全突变为一种崭新的元素，实验者将之命名为镎。实验继续下去，这种同位素又变成另一种新的元素——钚，它更容易产生裂变。
现在，核科学家们拥有了原材料和实验原过程，去创造人类曾经构想的威力无比的能量——铀235或钚在瞬间的链式反应中释放出来的能量。在这个史无前例的科学发现面前，科学家们不得不面对一个令人担忧的道德问题：他们将如何利用这种颇具潜力的新知识？但是，这个担忧很快就被敌军可能制造出核弹的忧虑所代替。
从一开始，美国科学家协会已经敏锐地觉察到德国实验室已经取得了核研究的新突破。这些流亡科学家们，对德国科学界怀有深厚的感情，同时对希特勒又怀有深深的恐惧。1939年3月，纳粹占领捷克斯洛伐克，并且禁止出口该国的铀矿石，科学家们的恐惧得到了证实。
1939年夏天，这些预兆提醒科学家们应该去警告美国政府，希特勒正在进行核裂变实验。费尔米和希拉德一同前往海军游说，他们几乎不抱任何希望，仅仅希望海军能因为核能可作为潜水艇的能源而产生一点兴趣。
仲夏，希拉德和尤金·维格纳前往爱因斯坦在长岛的夏季别墅，拜访了这位著名的流亡科学家。他们知道，这位白发苍苍的、举世闻名的现代物理学之父是比利时女王伊丽莎白的朋友。因此他们希望能够游说爱因斯坦，通过他转告女王：德国有可能控制比属刚果丰富的铀矿。