トリニティ実験
物理学者のリチャード・ファインマンは、自分は支給された遮光ガラスを使わずに爆発を見た唯一の人間だと書いている。彼は有害な紫外線を遮断するために、トラックの風防ガラス越しに爆発を観察した。衝撃波による大音響が観察者の元に届くまでには40秒かかった。爆発の衝撃波は100マイル (160 km)離れた地点でも感じることができ、キノコ雲は高度12 kmに達した。フェルミは爆風がたどり着く前後に背の高さから紙片を順次落とし、その移動距離をあらかじめの計算値と較べて爆発の威力を見積もろうとした。その結果はTNT換算 10 kt というものであった。
オッペンハイマーは、この爆発を目の当たりにして、ヒンドゥー教の詩篇『バガヴァッド・ギーター』の我は死なり、世界の破壊者なりの一節が心に浮かんだ、と後に述べている。実験責任者のケネス・ベインブリッジはオッペンハイマーに対して、「これで俺たちはみなクソ野郎だな(Now we are all sons of bitches.)」と言った。オッペンハイマーの弟のフランクによれば、兄が何と言ったのか覚えていないとしつつ自分たち二人は爆発の瞬間「上手くいったな(It worked.)」とだけ言ったと思うとしている。
トリニティ実験の成功に続いて、日本(アメリカ、ドイツと同じく原子爆弾の研究、開発が行われていた)に対して使用するために2発の原子爆弾が準備された。8月6日に日本の広島市に投下された1発目の爆弾は「リトルボーイ」というコードネームで呼ばれ、核分裂物質としてウラン235が使われていた。ガンバレル型と呼ばれるこのタイプの原子爆弾は実験を行なっていなかったが、爆縮型の原爆に比べて構造がはるかに単純なため、ほぼ間違いなく正常に作動することが予想された。それ以前にウラン235は、この時点で爆弾1発分しか生産できていなかったため、いずれにせよ、投下前に実験を行なうことはできなかった。作動が容易な反面、不慮の爆発を防ぐ安全策を取る事が困難であり、大量のウラン235の調達が必要だった事もあり、以後この方式は廃れていった。
8月9日に長崎市に投下された2発目の爆弾は「ファットマン」というコードネームで呼ばれ、トリニティ実験でテストされたのと同じ爆縮型タイプのプルトニウム爆弾だった。以後の原爆はこの方式が主流となっている。
広島と長崎への原子爆弾投下によって少なくとも12万人以上の人々が即死し、その後も時とともに多くの人々が犠牲となった。非戦闘員の無差別虐殺であるという主張や、これによって、日本本土への上陸攻撃で10万人を超える連合軍将兵、そしてそれをはるかに超える日本人将兵と民間人の犠牲者が予想されたダウンフォール作戦の決行を逃れ、長期的に見ればより日米、また英中ロなど多くの人命を救う結果となったという主張も存在する(原子爆弾投下に関する歴史的疑問やこれを取り巻く議論については「日本への原子爆弾投下」を参照のこと)。