1939年，物理学领域里的原子分裂实验就已在德国取得成功。二战前夕，为逃避德国法西斯迫害而移居美国的一些科学家，担心德国抢先造出原子弹，推举世界着名的物理学家爱因斯坦上书美国总统罗斯福，建议加强利用核裂变过程来制造超级炸弹。罗斯福总统采纳了爱因斯坦等科学家的建议，下令成立研究原子武器的委员会。
1941年12月珍珠港事件发生后，美国加速了研制原子弹的进程。1942年开始实施以“曼哈顿工程”命名的庞大计划，由美国陆军工兵部队全面负责研制原子弹。该计划投资25亿美元，动用10多万科技人员和工人，在绝对保密的情况下加紧研制。1945年7月16日凌晨，第一颗原子弹在美国新墨西哥州阿拉默多尔空军基地的沙漠地区爆炸成功，其威力相当于1500—2000吨TNT炸药。
珍珠港事件促使美国重视研究原子弹
1932年，着名犹太裔物理学家爱因斯坦因纳粹迫害，被迫离开德国到美国定居，很多在欧洲工作的犹太裔科学家也陆续逃往美国，他们告知美国：德国正在制造原子弹！科学家们知道，如果纳粹德国抢先制造出原子弹。人类就将面临史无前例的核灾难，因此呼吁美国抓紧研制原子弹，当时军界的一些领导人对这个新生事物不太理解，把他们看作怪人。
科学家们心急如焚，为了增加说服力，他们推举爱因斯坦作为代表，劝说美国总统罗斯福。但爱因斯坦署了名的建议报告并未引起罗斯福的重视，只是在半信半疑中接受了劝说，因为他下令研制之后的第一笔拨款只有6000美元，相对于最后的总投入20亿研制3颗原子弹，显然是杯水车薪。
1941年12月7日，珍珠港事件爆发，这成为美国加快研制原子弹的一个转折点。1942年6月，美国的原子弹研制计划正式开始，由于研制计划的总部开始设在纽约市曼哈顿区，因此叫做“曼哈顿计划”。
新墨西哥州人迹罕至的一片沙漠，在1942年以后突然热闹起来，美国原子弹研制的心脏机构——洛斯阿拉莫斯实验室建在了这里。全美国只有12人知道整个工程情况，很多人甚至都不知道自己正在从事原子弹的研制，即便是高层领导，也只有罗斯福总统和陆军部长史汀生知道内情。当时的副总统杜鲁门都不知道美国还有原子弹的研制计划。
首次试爆超出了现场所有人的想象
1945年7月初，也就是希特勒自杀后的2个月，美国3颗原子弹终于制造出来，被分别命名为“大男孩”“小男孩”和“胖子”。
1945年7月初，在阿拉莫戈多沙漠上，一座高达30米的铁塔竖立了起来，原子弹爆炸实验就将在这个架子上完成，大卡车装的就是供第一次核实验使用的原子弹“大男孩”。这时的“大男孩”还没有装上核裂变物质，这次试验的代号为“复活日”。
当原子弹实验在阿拉莫戈多沙漠准备就绪的时候，新任美国总统杜鲁门正准备去德国参加波茨坦会议。德国投降后，为了协调处理德国战败后的相关问题以及对日作战等有关事宜，同盟国决定于7月17日至8月2日在德国的波茨坦举行首脑会议，这次会议的代号为“终点”，表示这将是二战期间最后一次盟国首脑会议。这次会议原定于7月1日召开，为了借助原子弹爆炸抬高美国的地位，杜鲁门特别建议将会议推迟了两个星期。
7月15日，杜鲁门到达波茨坦，而在万里之外的阿拉莫戈多沙漠，美国的核试验人员也把核裂变物质放入了“大男孩”的肚子里。试验人员在14公里以外设置了观察所，里面隐蔽着425名科学家和军事专家，他们怀着紧张的心情，等待着惊心动魄的最后一刻。
7月16日凌晨5时29分45秒，“大男孩”轰然炸响，一个蘑菇状的大圆球突然升到了10000英尺以上的高空，爆炸核心的铁塔也被高温在瞬间蒸发得无影无踪！
这场爆炸超出了现场所有人的想象，以至于整个美国西南部都感到了爆炸的震撼，为隐瞒真相，美国编织谎言说是阿拉莫戈多军事基地的弹药库发生了爆炸。
投下二颗原子弹迫使日本政府投降
前任美国总统罗斯福去世前，曾命令空军组成一个秘密分队，用于执行“曼哈顿计划”，这支特殊的航空部队就是509大队。
509大队的成员只知道将来要执行一项特殊使命，在任务到来之前，他们每天只进行精确投弹训练。后期的训练就是每天出动两三架飞机，到日本去扔一颗炸弹然后回来。在实战训练中，509大队总共投下了38枚模拟炸弹。
波茨坦会议结束时，通过了“波茨坦公告”，公告敦促日本政府立即无条件投降，否则，日本就只有“迅速和彻底地毁灭”。日本没有意识到这一警告的背后就是将使用原子弹的暗示，所以拒绝了“波茨坦公告”。
波茨坦会议后，杜鲁门乘美国军舰回国，回国途中，杜鲁门就向军方下达了命令：去投掷那颗大炸弹吧，现在没有任何选择的余地了。
1945年8月6日上午9时15分，美军飞机投下的第一颗原子弹在广岛爆炸，方圆42平方公里的城市被摧毁，房屋毁坏率达70%以上，14万人死亡。
第一颗原子弹投掷后，美国在3天内没有听到日本人有任何的反应，美国政府宣布，只要能降低对日本本土作战的风险，再投几颗原子弹也在所不惜，实际上这是美国的虚张声势，因为美国只剩下一颗原子弹了。
8月9日上午9点零1分，第二颗原子弹被投向了有27万人口的海港城市长崎，长崎上空随即腾起了巨大的蘑菇云，1.4万栋建筑物被毁，7万多人死亡。
8月15日，日本天皇向全世界发布了投降诏书。
