Von Neumann jobbet i Teoridivisjonen, sammen med blant annet Hans Bethe og Victor Weisskopf. Etter invitasjon av von Neumann begynte også vennen Stanisław Ulam å arbeide ved Los Alamos. Von Neumann var en sterk talsmann for bruk av implosjon som grunnleggende element i atombomben: Eksplosiver legges rundt det kjernefysiske materialet, og når disse eksploderer komprimeres det kjernefysiske materialet slik at en oppnår kritisk masse for detonasjon.