دوران تصدی روحانی در پرونده هسته‌ای از ۱۴ مهر ۱۳۸۲ تا ۲۴ مرداد ۱۳۸۴ (۶۷۸ روز) بود. این دوران پس از طرح موضوع هسته‌ای ایران در سطح بین‌المللی و صدور قطعنامه شدیداللحن آژانس بین‌المللی انرژی اتمی آغاز گردید. شورای حکام آژانس، نخست در خرداد ۱۳۸۲ طی یک بیانیه و سپس در شهریور همان سال طی قطعنامه‌ای به پرونده هسته‌ای ایران پرداخته و تلاش کرد تا تعهدات سختی را بر دوش ایران قرار دهد. در این هنگام که مقارن با پیروزی آمریکا در عراق و تشدید فضای جنگ در منطقه بود، جامعه جهانی دچار بحران و تنش بی‌سابقه‌ای بود و نسبت به روند پیشرفت‌های هسته‌ای ایران نیز حساسیت خاصی به وجود آمده بود.