Hans presise målinger av masseforskjeller mellom kjernekraftisotoper tillot ham å bekrefte Albert Einsteins masseenergilov. Han var direktør for Trinityprøvesprengningen under Manhattanprosjektet, som fant sted 16. juli 1945. Bainbridge kalte prøvesprengingen et «stygt og fryktinngytende syn» og sier til J. Robert Oppenheimer umiddelbart etter testen; «Nå er vi alle drittsekker». Dette markerte begynnelsen på hans engasjement for å få slutt på testing av kjernefysiske våpen og til innsats for å opprettholde sivil kontroll over fremtidig utvikling i dette feltet.