Den andre utviklingslinjen gjennomført i Manhattanprosjektet brukte det spaltbare grunnstoffet plutonium. Selv om det finnes små mengder plutonium i naturen, er den enkleste måten å få store mengder av stoffet å bruke en atomreaktor hvor naturlig forekommende uran bombarderes med nøytroner. Uran-238 blir omdannet til uran-239 som raskt henfaller, først til neptunium-239 og deretter til plutonium-239. Kun en liten del av det opprinnelige uranet-238 blir omdannet, så plutoniumet må kjemisk separeres fra uran, opprinnelige urenheter og fisjonsprodukter.