1939年，法西斯德國擴大了侵虐戰爭；風傳德國正在加緊原子彈的研究，還禁止了鈾礦的出口（鈾礦：製造原子彈的重要礦石）。
匈牙利物理學家西拉德.菜奧首先考慮到，一旦法西斯德國掌握了原子彈技術，可能帶來非常嚴重的後果。核物理學家西拉德和幾位從歐洲移居在美國的科學家一起找到了愛因斯坦，想借助他的聲望敦促美國在德國之前造出原子彈。
羅斯福總統採納了他們的意見，但是開始只撥給6000美元的經費，直到1941年12月日本偷襲珍珠港後，才擴大了規模。直到1942年8月，開始了代號為“曼哈頓工程”的原子彈研究工作，直接參與人數約為10萬，投資20多億美元。
奧本海默被任命為研究原子彈的“曼哈頓計劃”的首席科學家，在新墨西哥州沙漠建立洛斯阿拉莫斯國家實驗室，奧本海默領導的整個團隊完成了“一項歷史上前所未有的大規模有組織的科學奇蹟”從而不僅驗證了科學技術的巨大威力，還為戰爭的結束作出了貢獻，他被人們譽為“原子彈之父”。
1945年7月16日，第一顆原子彈在新墨西哥州的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相當於1.8萬噸TNT烈性炸藥。爆炸時安放原子彈的鋼塔全部融化，在半徑400m的範圍內，沙石都被燒成黃綠色的玻璃狀物質，半徑1600m範圍內所有動植物全部死亡。
1945年夏天，日本敗局已定，但是日本誓死抵抗，投放原子彈不僅可以使日本早日投降，而且可以避免幾十萬美軍的犧牲。在美國試驗第一顆原子彈試爆成功20天后，1945年8月6日8時15分，美軍一架B-29轟炸機飛臨日本廣島市上空（當時廣島是日軍第二軍司令部駐地，集結了實力可觀的防禦部隊），投下一顆代號為“小男孩”的原子彈。小男孩內裝60公斤高濃度鈾，重約4噸。炸彈在距地面580米的空中爆炸，在巨大沖擊波的作用下，廣島市的建築全部倒塌，全市24.5萬人口中死傷總人數達20餘萬，城市化為一片廢墟。這是人類歷史上首次將核武器用於實戰，廣島成為第一座遭受原子彈轟炸的城市。
1945年8月9日，美軍又出動B－29轟炸機將代號為“胖子”的原子彈投到日本長崎市。長崎市約60%的建築物被毀，傷亡8.6萬人，約佔全市總人口的37%。
美國用原子彈轟炸廣島和長崎，也使日本人民遭受到軍國主義者發動侵略戰爭帶來的嚴重災難。日本人民也成為戰爭的受害者，同時也親身體驗了原子彈造成的無窮遺患。
1945年8月15日，日本宣佈無條件投降，9月2日簽署投降書。第二次世界大戰至此結束。
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