كان مشروع مانهاتن عبارة عن مشروع بحث وتطوير خلال الحرب العالمية الثانية أنتج أول أسلحة نووية. كانت بقيادة الولايات المتحدة بدعم من المملكة المتحدة وكندا. من عام 1942 إلى عام 1946 ، كان المشروع تحت إشراف اللواء ليزلي غروفز من سلاح المهندسين بالجيش الأمريكي. كان عالم الفيزياء النووية روبرت أوبنهايمر مديرًا لمختبر لوس ألاموس الذي صمم القنابل الفعلية. تم تعيين عنصر الجيش في المشروع منطقة مانهاتن حيث كان مقرها الأول في مانهاتن ؛ حل اسم المكان تدريجياً محل الاسم الرمزي الرسمي ، تطوير المواد البديلة ، للمشروع بأكمله. على طول الطريق ، استوعب المشروع نظيره البريطاني السابق ، سبائك الأنابيب. بدأ مشروع مانهاتن بشكل متواضع في عام 1939 ، لكنه نما لتوظيف أكثر من 130 ألف شخص وتكلف ما يقرب من 2 مليار دولار أمريكي (ما يعادل حوالي 23 مليار دولار في عام 2020). أكثر من 90 في المائة من التكلفة كانت لبناء المصانع وإنتاج المواد الانشطارية ، مع أقل من 10 في المائة لتطوير وإنتاج الأسلحة. تم إجراء البحث والإنتاج في أكثر من ثلاثين موقعًا عبر الولايات المتحدة والمملكة المتحدة وكندا.

تم تطوير نوعين من القنابل الذرية بشكل متزامن خلال الحرب: سلاح انشطاري بسيط نسبيًا من نوع البندقية وسلاح نووي أكثر تعقيدًا من نوع الانفجار الداخلي. ثبت أن تصميم الرجل الرقيق من نوع البندقية غير عملي للاستخدام مع البلوتونيوم ، وبالتالي تم تطوير نوع مدفع أبسط يسمى Little Boy يستخدم اليورانيوم 235 ، وهو نظير يشكل 0.7 في المائة فقط من اليورانيوم الطبيعي. نظرًا لأنه كان مطابقًا كيميائيًا للنظير الأكثر شيوعًا ، اليورانيوم 238 ، وله نفس الكتلة تقريبًا ، فقد ثبت صعوبة الفصل بين الاثنين. تم استخدام ثلاث طرق لتخصيب اليورانيوم: كهرومغناطيسي ، غازي ، حراري. تم تنفيذ معظم هذا العمل في Clinton Engineer Works في أوك ريدج ، تينيسي.

بالتوازي مع العمل على اليورانيوم ، كان هناك جهد لإنتاج البلوتونيوم ، والذي اكتشفه باحثون في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، في عام 1940. بعد جدوى إنشاء أول مفاعل نووي صناعي في العالم ، شيكاغو بايل -1 ، تم عرضه في في عام 1942 في مختبر المعادن في جامعة شيكاغو ، صمم المشروع مفاعل الجرافيت X-10 في أوك ريدج ومفاعلات الإنتاج في موقع هانفورد في ولاية واشنطن ، حيث تم تشعيع اليورانيوم وتحويله إلى بلوتونيوم. تم بعد ذلك فصل البلوتونيوم كيميائيًا عن اليورانيوم باستخدام عملية فوسفات البزموت. تم تطوير سلاح من نوع الانفجار الداخلي للبلوتونيوم فات مان في تصميم متضافر وجهود تطوير من قبل مختبر لوس ألاموس.

تم تكليف المشروع أيضًا بجمع المعلومات الاستخبارية حول مشروع الأسلحة النووية الألماني. من خلال عملية Alsos ، خدم أفراد مشروع مانهاتن في أوروبا ، أحيانًا خلف خطوط العدو ، حيث جمعوا المواد والوثائق النووية ، واعتقلوا العلماء الألمان. على الرغم من الإجراءات الأمنية المشددة لمشروع مانهاتن ، نجح الجواسيس الذريون السوفييت في اختراق البرنامج. أول جهاز نووي تم تفجيره على الإطلاق كان قنبلة من النوع الداخلي في اختبار ترينيتي ، الذي تم إجراؤه في منطقة ألاموغوردو للقنابل والمدفعية في نيو مكسيكو في 16 يوليو 1945. تم استخدام قنابل ليتل بوي و فات مان بعد شهر في القصف الذري لهيروشيما وناجازاكي ، على التوالي ، مع أفراد مشروع مانهاتن الذين يعملون كفنيي تجميع القنابل ، وكأسلحة على الطائرات الهجومية. في سنوات ما بعد الحرب مباشرة ، أجرى مشروع مانهاتن اختبارًا للأسلحة في بيكيني أتول كجزء من عملية مفترق الطرق ، وطور أسلحة جديدة ، وعزز تطوير شبكة المختبرات الوطنية ، ودعم البحوث الطبية في مجال الأشعة ووضع الأسس للبحرية النووية. حافظت على سيطرتها على أبحاث وإنتاج الأسلحة الذرية الأمريكية حتى تشكيل هيئة الطاقة الذرية الأمريكية في يناير 1947.