Et av Groves første utfordringer bestod i å finne en direktør for – den gruppen som skulle utforme og bygge bomben. Det opplagte valget var en av de tre laboratorielederne, Urey, Lawrence eller Compton, men de kunne ikke unnværes. Compton anbefalte Oppenheimer, som allerede hadde stor kjennskap til konseptene for hvordan bomben kunne bygges. Oppenheimer hadde imidlertid ikke noen stor administrativ erfaring, og i motsetning til Urey, Lawrende og Compton hadde han ikke vunnet Nobelprisen, noe mange fysikere mente at lederen av et slikt prosjekt burde ha. Det var også problemer med Oppenheimers sikkerhetsstatus. Flere i hans omgangskrets var kommunister, deriblant hans bror Frank Oppenheimer, hans kone Kitty og hans venninne Jean Tatlock. En lang samtale på et tog i oktober 1942 overbeviste Groves og Nichols om at Oppenheimer fullt ut forstod de problemene som var ved å etablere et laboratorium på et avsidesliggende sted, og at han skulle utpekes til direktør for dette laboratoriet. Groves avviste personlig betenkelighetene med sikkerhetsstatusen, og utstedte en sikkerhetsklarering av Oppenheimer 20. juli 1943.