在二战末期，日本高层意识到原子弹可能会改变其战事中现有的不利地位，陆军和海军在认识到这个问题重要性与迫切性后，均做出相应部署，制定出战略目标，并铺设研发体制。日本原子弹开发计划可以按照陆军和海军两个方面分成以下几个阶段：
其中陆军方面的第一阶段为军部组织的预备调查期。1939年，日本物理学家仁科芳雄就提出核裂变现象极有可能会被运用于到未来的军事作战中，但其观点当时并未受到重视。1940年，日本陆军航空技术研究所所长安田武雄中将命令部下铃木辰三郎中佐开始研究制造原子弹的可能性。在东京帝国大学物理学教授岐峨根辽吉的指导下，铃木提交了以“原子弹制造的可能”的研究报告。
到了1941年5月，时任理化学研究所所长的大河内正敏提交了“铀炸弹制造的可能性”的报告。一个月后，仁科芳雄也开始着手进行原子弹制造的可行性分析。
1941年5月，在看到仁科芳雄关于核物理的可行性研究报告后，东条英机便指示陆军将金、材料、人力都优先发放到负责原子弹研制的东京物化所。并指派仁科芳雄作为带头人开始进行原子弹的研究。陆军的原子弹研制计划正式启动。
第二阶段为1942年底至1945年4月，在陆军的主导下，东京帝大实施“4`计划”研究。1943年，陆军将获胜的希望寄托在原子弹上，希望以此挽救日军在太平洋战争中节节败退的现实。同年，仁科芳雄及其研究团队研究认为理论上研制原子弹可行。时任首相的东条英机在得知该消息后，命令其团队加紧制造原子弹，并用仁科芳雄名字罗马字母第一个音节“Ni”来命名这个陆军高度机密的原子弹研制计划，称为“汇计划”。
而在陆军开展原子弹研究的同时，日本海军也展开了核物理的研究工作。
海军的第一阶段研究从1942年7月至1943年3月，这一阶段由海军主导的专家委员会开始进行“B研究”计划，该计划用来论证制造原子弹的现实可行性。
海军部认为，美国在一些犹太科学家的帮助下，核物理方面己取得飞跃性的进展。而日本海军正在为舰船和大型机械找寻替代石油的稳定且可靠的动力，而核分裂恰好能提供巨大的能量。基于此，海军把核物理研究也作为一项重要任务。
太平洋战争形势从1942年日本中途岛战败后便开始扭转，使日本海军主力遭受重创，战局也对日本越发不利。日本海军也由战略进攻转变为战略防守的态势，不得己暂时放弃了其遵循多年的南进战略。海军寄希望于威力巨大的原子弹是为了抵抗美军，从而扭转日本不利的局面。因此，海军研发核武器也提上了日程。
日本帝国海军技术研究所为讨论原子弹研制问题，于1942年7月8日首次召开核物理应用研究委员会成员会议。而从1942年7月到1943年3月这半年期间，委员会又先后召开了10次有关核物理的讨论会。委员会最终的结论是研制原子弹可能成功，但是有三大障碍：1.预计制造一颗原子弹需要消耗日本全年发电量的1/10和全国铜产量的1/2，用以从数百吨铀矿石中分离出足够的铀235。
2.大概需要十年才能成功。
3. 工业强大的美国和德国，都尚未有多余能力可以及时生产出原子弹用于战争，日本就更不可能。于是，在1943年3月日本海军宣布解散该委员会。
但是日本万万想不到的是，美国隐藏了自己的曼哈顿计划，最终使用原子弹进行了致命一击。
【1】华丹.试论日本防卫大学的育人特色及其镜鉴
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