תוכניות הפיתוח הגרעיני באיראן החלו בתקופת השאה, גם בסיוע ישראלי. לפי אכבר גנג'י, השאה של איראן, מוחמד רזא שאה פהלווי, הגדיל בין השנים 1953–1977 את התקציב הצבאי פי 12, שלפי דו"ח הקונגרס האמריקאי לשנת 1976, תואר הרכש הצבאי של איראן כ"גדול בעולם". תחנת כוח גרעינית להפקת אנרגיה החלה להיבנות בשנות ה-70 בבושהר בסיוע רוסיה, והיא החלה לפעול ב-21 באוגוסט 2010. בנוסף מתאר גנג'י כי השאה תכנן להפוך את איראן לאחד מהכוחות הגרעיניים הגדולים בעולם, ולשם כך הקצה יותר משלושים ושלושה מיליארד דולר לבניית עשרים כורים גרעיניים עד לשנת 1994. בניית מרכזים אלו יועדה להיעשות בשיתוף-פעולה וסיוע עם גרמניה, צרפת, וארצות הברית. עם עלייתו לשלטון של ח'ומייני, התוכניות בוטלו, שכן הגרעין והטכנולוגיה נגדו לפי תפיסתו את רוח האסלאם. עם זאת בעקבות מלחמת איראן–עיראק, מלחמה בה הועמדה המדינה והמהפכה בסכנה קיומית, משטר האייתולות ראה את החשיבות שבאחזקה בנשק גרעיני שיבטיח את קיומו, והמשיך את התוכנית הגרעינית של השאה. ומכאן החל עלי ח'אמנאי, שהיה אז נשיא איראן, ללחוץ על רפסנג'אני שהיה אז ראש הממשלה, להאיץ ולקדם את תוכנית הגרעין להשגת נשק גרעיני דרך הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה אטומית בטענה שהיא נועדה לצורכי שלום. ח'אמנאי טען כי האומה האיראנית תמיד אוימה מבחוץ, ולכן המעט שניתן לעשות זה להוכיח לאויבה כי יש ביכולתה להגן על עצמה. לפי קנת טימרמן משטר האייתולות בשנות התשעים התבונן בסדאם חוסיין ולמד ממנו את לקחיו. בין הלקחים שנלמדו היו שאין לקיים התקפות צבאיות חיצוניות טרם האחזקה בנשק גרעיני וכי יש לעמוד בתוקף ובגלוי על הזכות לפתח טכנולוגיה גרעינית במסגרת האמנה למניעת הפצת נשק גרעיני. משטר האייתולות החל לראות את הבטחת שלטונו באחזקה בגרעין, ובאחזקת נשק הגרעיני כעירבון האולטימטיבי נגד מזימה אמריקאית או ישראלית להפלת שלטונם. ללא גרעין - המשטר פגיע, שכן קיימים מספר סכנות; שהגולים איראנים, רזא כורש עלי פהלווי ואנשי ממשל השאה לשעבר יתאחדו ויזכו לתמיכה זרה שתביא להפלת משטר האייתולות; שהישראלים יחליטו על תקיפה; שהאמריקאים יחליטו להעניש את איראן על מעשי הטרור שלה. מכאן הממשל האיראני, ח'אמנאי ויותר מכולם רפסנג'אני ראו בבהירות כמה הגרעין חיוני להישרדות המשטר, שכן "ברגע שאיראן תחזיק בנשק-גרעיני, מי יעז לתקוף."
בכור בושהר, שהמומחים המפעילים אותו הוכשרו ברוסיה, הושקעו מיליארדי דולרים. במוצהר אין לכור מטרות נוספות מלבד הפקת אנרגיה, אולם נראה שקיימים בו מתקנים נוספים שטיבם אינו ברור. גם אם הכור במהותו הוא כור כוח, פיתוחו יכול לתרום ליכולתה הגרעינית הצבאית של איראן הן על ידי רכישת ידע והן על ידי ניצול הדלק המשומש להפקת פלוטוניום. שימוש בפלוטוניום הוא אחת הדרכים להגיע לנשק גרעיני. הדרך השנייה היא העשרת אורניום, והיא כנראה משמעותית יותר למאמץ הגרעיני הצבאי של איראן. באספהאן קיים מרכז גרעיני גדול. במשך שנים רווחה ההערכה כי כורי המחקר בו קטנים מכדי שיהוו איום, אולם בשנים האחרונות נבנו בו מתקנים הקשורים להעשרת אורניום.
ב-2002 פרסמו גולים איראנים את דבר קיומם של מרכזים גרעיניים נסתרים – מרכז להעשרת אורניום בנתנז הכולל סרכזות (צנטריפוגות) רבות, ומתקן לייצור מים כבדים באראק. איראן הודתה בקיומם של מתקנים אלו, וביקור של פקחי הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה אטומית חשף שהושגה בהם התקדמות רבה. נראה שהסרכזות הוקמו בסיועו של אבי תוכנית הגרעין הפקיסטנית, ד"ר עבדול קאדר ח'אן. באיראן קיימים מרכזים גרעיניים נוספים במקומות שונים, וכן מתקנים לכרייה ממרבצי אורניום טבעי.
במרוצת השנים הפעילה ארצות הברית לחץ רב על רוסיה, על סין, על ארגנטינה ועל מדינות נוספות שבהן ניסתה איראן להיעזר במאמציה הגרעיניים. לחץ זה הועיל בחלקו והוביל לעיכובים רבים בתוכנית האיראנית. אחר גילוי המרכזים הגרעיניים הנסתרים עלה הלחץ מדרגה, ובשנים האחרונות נרתמה גם אירופה לפעילות בנושא, והיא מנהלת את המשא ומתן העיקרי מול האיראנים. איראן עלולה להשיג "קפיצת דרך" במאמציה אם תשיג חומרים גרעיניים מגורמים במדינות ברית המועצות לשעבר.
איראן מצהירה בעקביות שכל מטרתה בתוכניתה הגרעינית היא הפקת אנרגיה, ושאין לה כוונה להשתמש בגרעין לצרכים צבאיים. הצהרה זו היא ביטוי לשאיפתה להיות מעצמת אנרגיה, שכן לאיראן מקורות עצומים של נפט ושל גז טבעי, והפקת אנרגיה גרעינית נראית כהמשך טבעי מבחינתה. אולם לאיראן בעיות כלכליות רבות כאשר השלטון מנסה בכל דרך לקבץ סביבו בנאמנות את העם האיראני. יתרה מכך, על אופייה הצבאי של התוכנית האיראנית מלמדים גם התנהגותה של איראן, ניסיונות ההסתרה שלה, ומאמציה להקים מערך ייצור גרעיני עצמאי לחלוטין ולא להסתמך על רכישת חומרים גרעיניים בחוץ, אף שאלו זמינים לה כל עוד טיבם ואיכותם הם כאלה המיועדים לשימוש לצורכי שלום והוצעו לה בידי האירופאים כניסיון פשרה.
בפברואר 2010 פרסמה הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה אטומית (סבא"א) דו"ח שהעלה חשש שאיראן פועלת להרכבת ראש חץ גרעיני.
ב-14 במאי 2011 חשף דו"ח סודי של צוות מומחים של האו"ם, כי קוריאה הצפונית העבירה טכנולוגיות טילים בליסטיים באופן מתמשך וסדיר לאיראן, דרך "מדינה שלישית שכנה" (לדברי דיפלומטים - סין), תוך הפרת הסנקציות הבינלאומיות שמועצת הביטחון של האו"ם הטילה, הן על קוריאה הצפונית, בעקבות ביצוע שני הניסויים הגרעיניים בשנים 2006 ו-2009, והן על איראן.
ב-6 ביוני 2011 הודיע ראש סבא"א, יוקיה אמאנו, כי מידע חדש מצביע על מרכיבים צבאיים בתוכנית הגרעין של איראן. יומיים לאחר מכן הודיעה איראן על הקמת מערך צנטריפוגות חדשות ומתקדמות במתקני הגרעין לצורך הגברת מידת העשרת האורניום לרמה של 20 אחוז (שמאפשרת שימוש למטרות צבאיות). האיחוד האירופי הודיע, כי מדובר בהתרסה חמורה נוספת נגד החלטת מועצת הביטחון של האו"ם, וכי הוא רואה באופן חמור ביותר את חוסר שיתוף הפעולה של איראן עם פקחי סבא"א, ודורש ממנה להקפיא את פעילות ההעשרה. משמרות המהפכה האיראניים פרסמו בהקשר זה, באתר הרשמי שלהם "גרדאב", ב-24 באפריל, מאמר שתיאר את היום שאחרי הניסוי הגרעיני הראשון של איראן כנורמלי ורגיל עבור האיראנים אבל "בעיני רבים יהיה ניצוץ חדש", כפי שהודיע עיתון הגארדיאן. ב-9 ביוני, הצטרפו רוסיה וסין למעצמות המערב, בדרישה משותפת של 6 המעצמות מאיראן, לשיתוף פעולה מלא עם סבא"א. בהודעה זו נאמר, כי גוברים החששות מכוונות איראן, לנוכח סירובה לציית להחלטות מועצת הביטחון של האו"ם, שמחזקת את החשש שאיראן מתכננת שימוש בגרעין לצרכים צבאיים. ב-8 בנובמבר אושר בדוח חמור של סבא"א, כי איראן מבצעת ניסויים ופעולות בתחום הגרעין שמטרתם היא צבאית.
בדו"ח של סבא"א ממאי 2014 נקבע כי במסגרת משא ומתן של איראן עם המעצמות נטרלה איראן כ-80% מהאורניום שלה שמועשר ברמה גבוהה, ונותרו ברשותה פחות מ-40 ק"ג, כחמישית מהנחוץ לנשק גרעיני.
ב-8 ביוני 2019 הודיעה סבא"א כי איראן מעשירה אורניום ברמה האסורה לפי הסכם הגרעין, אם כי על פי סגן ראש המוסד בזמן קיומו של ההסכם, טרם פרישת ארצות הברית, עמדה איראן בהתחייבויותיה מההסכם.
פעילות נגד תוכנית הגרעין האיראנית.
מהלכים דיפלומטיים וכלכליים.