Proyek Manhattan
Hambatan ilmiah utama yang pertama dipecahkan pada 2 Desember 1942 di bawah tempat duduk stadion Stagg Field di University of Chicago, dimana sebuah kelompok yang dipimpin Enrico Fermi menggagas reaksi rantai nuklir pertama yang berkelanjutan. Sebuah panggilan telepon sandi dari Compton yang mengatakan, "Navigator Italia (Fermi) telah mendarat di Dunia Baru, penduduk aslinya bersahabat" kepada Conant di Washington, DC, menimbulkan berita bahwa percobaan itu berahsil. Inilah titik balik utama.
Masalah industri berpusat pada produksi bahan fisil yang cukup. 2 usaha paralel dan yang sepenuhnya terpisah dijalankan. Satu proyek memproduksin bom uranium dan proyek lainnya memproduksi 2 bom plutonium, semuanya berhasil diledakkan.
Bom Hiroshima, Little Boy, dibuat dari Uranium-235, isotop uranium yang jarang yang harus dipisahkan secara fisik dari isotop uranium-238 yang lebih lazim, yang tidak cocok digunakan sebagai alat peledak. Pemisahan itu sebagian besar diakibatkan oleh difusi gas uranium heksafluorida (UF), namun juga oleh teknik lain, seperti difusi termal, dan metode kalutron, menggunakan
asas pemisahan magnetik spektrometer massa. Sebagian besar kerja pemisahan ini dipertunjukkan di Oak Ridge. Bom uranium menggunakan yang disebut mekanisme "pistol" untuk mengumpulkan massa kritis U-235; satu massa U-235, the "bullet," ditembaki tabung ke dalam massa lain U-235, menimbulkan massa kritis U-235 dan menghasilkan ledakan besar.
Namun sebaliknya, bom yang digunakan dalam uji pertama di Trinity Site, New Mexico, dan juga dalam pengeboman Nagasaki, Fat Man, terutama terbuat dari Plutonium-239. Plutonium ialah unsur sintetis yang, dalam bentuk yang diciptakan oleh reaktor yang digunakan untuk memproduksinya, terlalu banyak memuat isotop yang terlalu mudah mengalami pemisahan untuk digunakan dalam alat
jenis senapan. (Karena kecepatan yang relatif rendah dari alat jenis senapan, bom plutonium mungkin "melempem" (yakni meledakkan sebagian darinya), sebelum menghasilkan daya maksimum). Alat yang disebut ""implosion"" yang menggunakan bidang plutonium yang mengempis ke dalam, lebih cepat dan dijanjikan solusi yang lebih baik terhadap masalah itu. Banyak ilmuwan di Los Alamos berkonsentrasi pada rancangan alat "implosion" selama proyek.
Walau Uranium-238 sia-sia dibuat bom atom, U-238 diperlukan untuk menciptakan plutonium-karena U-235 memproduksi neutron yang relatif lambat, U-238 akan menyerap neutron dan, setelah perjalanan melalui reaktor dan pembusukan beberapa hari, U-238 akan berubah menjadi plutonium-239. Produksi dan penyaringan plutonium ialah di tengah masa perang, dan pasca perang, usaha di Hanford Site, menggunakan teknik yang dikembangkan sebagian oleh Glenn Seaborg.
Uji coba bom plutonium langsung yang pertama ialah pada 16 Juli 1945, dekat Alamagordo, New Mexico, dan diberi nama "Trinity". "Energi yang dihasilkan dalam tes beberapa kali lebih besar daripada yang diharapkan kelompok ilmuwan." (Laporan resmi)
Usaha yang mirip dijalankan di Uni Soviet yang dikepalai oleh Igor Kurchatov (dengan perbedaan spesifik dalam beberapa pengamatan PD II Kurchatov yang berasal dari tangan kedua dari negara-negara Proyek Manhattan, berterima kasih pada mata-mata, termasuk setidaknya 2 orang pada kelompok ilmiah di Los Alamos, Klaus Fuchs dan Theodore Hall, tak dikenal masing-masing). Usaha di Jerman Nazi, (dikepalai oleh Werner Heisenberg,) dan di Jepang, juga dijalankan selama perang.
Bersama dengan usaha kriptografi yang dipusatkan di Bletchley Park di Inggris, Arlington Hall dan Naval Communications Annex (semuanya dalam sekolah putri swasta yang disita di Washington DC), dan perkembangan radar gelombang mikro di laboratorium radiasi MIT, Proyek Manhattan mewakili salah satu dari sedikit usaha teknologi yang besar, dan rahasia yang ditimbulkan oleh konflik Perang Dunia II.