原子彈作為一種複雜的系統工程並不是靠一個人就能研發出來的：美國的曼哈頓計劃動員了10萬多人歷時3年耗資20億美元才得以完成。我國的兩彈一星工程光是被授予“兩彈一星功勳獎章”的傑出貢獻者就有23人。從原子核裂變現象被發現到原子彈問世經歷了漫長複雜的過程。在這一過程中需要攻克的難關有很多，所以這絕不是靠哪一個人的力量就能解決的。
眾所周知美國是世界上第一個擁有原子彈的國家，然而美國卻不是全世界第一個開始研究原子彈的國家。事實上英國才是全世界第一個決定研製原子彈的國家：二戰期間擔任英國首相的丘吉爾早在1925年就提出過利用某種超級能量進行爆炸和攻擊的設想。1940年美國總統羅斯福曾致信丘吉爾建議兩國共同研發原子彈，然而丘吉爾卻委婉地拒絕了羅斯福這一建議。
丘吉爾的底氣在於當時的英國自認為在鈾裂變研究領域處於領先地位，所以不想和美國人分享自己的研究成果。事實上正是被譽為近代原子核物理之父的英國科學家盧瑟福發現了放射性輻射中的α射線與β射線並進行了散射試驗，從而認定了原子核的存在並提出了原子結構模型假說。盧瑟福在此基礎上又利用放射性元素鐳中釋放的射線轟擊其他元素從而首次實現了人工核轉變。
盧瑟福是全世界第一個提出放射性半衰期概念的人，也是全世界第一個實現人工核反應的人，所以他在國際上被譽為“原子核物理學之父”。然而從實現人工核反應到發明出真正的原子彈還有相當的距離。1932年英國物理學家查德威克發現了中子。此後科學家們開始利用中子這種“新炮彈”進行轟擊各種原子核的反覆試驗，最終發現了利用中子轟擊鈾原子核而引起的鈾核鏈式反應。
1939年初德國化學家O·哈恩和物理化學家F·斯特拉斯曼發表了關於鈾原子核裂變現象的論文。在此之後的幾個星期內許多國家的科學家紛紛驗證了這一發現，還進一步提出有可能創造這種裂變反應自持進行的條件，從而開闢了利用這一新能源為人類創造財富的廣闊前景。不過同歷史上許多科技新發現一樣：核能的開發首先被用於軍事目的——即製造威力巨大的原子彈。
1939年9月初丹麥物理學家N·H·D·玻爾和他的合作者J·A·惠勒從理論上闡述了核裂變反應的過程，同時指出能引起這一反應的最好元素是同位素鈾235。正當這一有指導意義的研究成果發表時英、法兩國向德國宣戰。1940年德軍橫掃丹麥、挪威、荷蘭、比利時、盧森堡、法國、南斯拉夫等國。當時納粹的種族主義政策迫使相當一部分德籍猶太科學家離開了德國。
早在納粹黨上臺的第一年就有大約2600名學者離開了德國。從納粹黨上臺到二戰爆發時四分之一的物理學家從德國的大學辭職而去。在此期間軸心國流失了包括愛因斯坦、薛定諤、費米、波恩、泡利、德拜等27名諾貝爾獎獲得者，然而德國在核物理領域依然有著足以傲視全球的強大實力。1939年德國剛發動戰爭時就已啟動了原子彈研發專案。那時全世界只有德國一家在進行原子能的軍事應用專案。
最早發現原子核裂變現象的就是O·哈恩和F·斯特拉斯曼這兩位德國科學家。戰爭爆發後這兩人都留在了德國，而且還都參與了德國的原子彈計劃。當然參與德國原子彈計劃的肯定不只這兩人：勞厄、波特、蓋革、魏扎克、巴格、迪布納、格拉赫、沃茲等科學家都參與其中並在某些方面取得了突破性的進展。沃納·卡爾·海森堡作為整個計劃的領導者與核裂變的發現者之一哈恩共同負責研製核反應堆。
當德軍佔領挪威之後就在挪威的泰勒馬克工廠生產名叫“重水”的化工原料。這其實就是製造原子彈最重要的原料之一。1939年物理學家恩里科·費米和愛因斯坦一同向美國報告：德國科學家已掌握了鈾的原子裂變技術，而這恰恰是製造原子彈的第一步。正是在愛因斯坦等人的倡議下美國才於1942年6月開始啟動了研製原子彈曼哈頓計劃。曼哈頓計劃的首席科學家奧本海默如今被譽為“原子彈之父”。
當然造原子彈可不是造手榴彈：一個人弄一個木頭柄，套一個鐵疙瘩，掏空裡頭塞點炸藥就能造出來的。原子彈是匯聚了無數科學家的智慧才弄出來的。奧本海默是作為曼哈頓計劃的首席科學家而被譽為“原子彈之父”的，然而龐大的曼哈頓工程絕不是奧本海默自己一個人就能搞定的。事實上參與這一工程的很多科學家都對原子彈的研究做出了自己的貢獻。
事實上曼哈頓工程號稱是諾貝爾獎集中營：參與這一工程的科學家中不乏諾貝爾獎獲得者。曾在1927年和1938年分別獲得了諾貝爾物理學獎的康普頓和費米在參與曼哈頓計劃後建立起了人類歷史上第一臺核反應堆。在1939年獲得諾貝爾物理學獎的勞倫斯在參與曼哈頓計劃以後主要負責用電磁法分離鈾235。當然可能更為人熟知的是愛因斯坦，不過愛因斯坦對原子彈的研究更偏重理論領域。
愛因斯坦提出的“狹義相對論”和那個著名的質能方程——E=mc²被人們普遍認為是原子能的發現和利用的理論基礎。愛因斯坦的理論為原子彈的研究奠定了基礎，然而在原子彈的實際研發過程中愛因斯坦參與得其實並不多。愛因斯坦對曼哈頓工程的主要貢獻在於正是他的倡導直接促成了曼哈頓計劃的啟動。當時美國政府對原子彈尚未引起足夠的重視，所以科學家們就一致把愛因斯坦推出來向美國政府倡議。
之所以把愛因斯坦推出來主要是因為他的影響力實在太大了，所以又他出面倡議更容易引起美國政府的重視。正是愛因斯坦寫給羅斯福的信最終促成了曼哈頓計劃的啟動，不過在曼哈頓計劃正式啟動後愛因斯坦並沒怎麼參與其中。愛因斯坦更多是為原子彈的研究奠定了理論基礎，同時他也是曼哈頓計劃的倡議者，但在原子彈的實際研發過程中則相對參與較少。
相比之下愛因斯坦的學生西拉德反而在原子彈的研發過程中發揮了不小的作用。西拉德和愛因斯坦一樣都是數學、物理領域的天才：西拉德相對更偏重於實踐，而愛因斯坦則在理論上擁有極高的建樹。在曼哈頓工程中西拉德的主要工作是與費米等人一起研製核反應堆。在管理層面上原子彈之父是奧本海默，在理論奠基上原子彈之父是愛因斯坦，在技術層面西拉德與費米等人的作用更加重要。
1945年7月16日5時30分美國在新墨西哥州離阿拉木郭多50英里的一片廣闊荒蕪地區成功進行了世界上首次原子彈試驗。美國由此成為全世界第一個擁有原子彈的國家。1945年8月6日美國飛行員保羅·提貝茲駕駛B-29超級空中堡壘轟炸機埃諾拉·蓋伊號在日本廣島上空投下了代號“小男孩”的原子彈，這是核武器在人類歷史上的首次實戰使用。廣島核爆的瞬間造成了七萬人死亡、七萬人受傷。
廣島核爆三天後美軍在日本長崎投下代號為“胖子”的原子彈造成四萬人當場死亡。投在廣島和長崎的兩枚原子彈是迄今為止核武器在人類歷史上僅有的兩次在實戰中的使用。原子彈在廣島和長崎展現的巨大威力震驚了世界各國，蘇聯方面隨即迅速展開了發展核武器的緊急計劃：對德戰爭結束剛滿3個月的時候斯大林就下令成立隸屬於國防委員會的特別委員會，由貝利亞出任該特別委員會的主席。
克格勃的特工人員透過參與過曼哈頓計劃的美國共產黨員莫里斯·科恩和德國共產黨員克勞斯·福克斯瞭解到美國原子彈專案的諸多細節。蘇聯駐日大使館的武官還實地察看了廣島原子彈爆炸地的破壞狀況。此時蘇聯的核計劃剛啟動，要在短期內完成原材料的加工和濃縮處理存在諸多難以一時克服的問題。貝利亞想到了戰敗的德國人——儘管德國直到戰敗也沒研製出核武器，但在鈾礦石的加工和同位素分離方面經驗豐富。
貝利亞指示內務部隊在蘇聯佔領區儘可能蒐羅未被西方盟軍俘虜的德國核物理學家和工程師。最終有300餘名德國科學家和工程師被送往蘇聯。1949年8月29日4時蘇聯在哈薩克的米什克瓦核試驗場成功進行了首次核試驗，成為世界上第二個擁有核武器的國家。美、蘇這兩個超級大國相繼試爆原子彈使最早決定研究原子彈的英國大受刺激。1952年10月3日英國第一顆原子彈在澳大利亞蒙特貝洛沿海的船上試爆成功。
美國、蘇聯、英國相繼在核武研究上取得的進展使法國坐不住了。事實上法國和英國一樣在核物理研究領域有著一定基礎：早在19世紀末20世紀初法國物理學家居里夫婦就發現了鐳元素，繼之居里夫婦的女兒、女婿又發現了前所未有的穿透性強的輻射現象並比美國人早幾星期發現了原子裂變。不過二戰前法國始終沒想到把自己在核物理研究方面的成果用於軍事目的。
1944年7月14日法國抵抗運動領導人戴高樂訪問加拿大期間會見了三位流亡在此的法國原子物理學家。三人無一例外向戴高樂力陳法國研製原子彈的必要性和可能性。這時連國土都尚未光復的法國根本不具備研製核武器的條件，直到二戰結束後的1945年10月戴高樂才成立原子能委員會。戰爭期間流亡海外的法國科學家們陸續回國參與到核武器的研究中。
1958年4月11日法國政府正式簽署命令：製造一顆核裝置並於1960年第一季度爆炸。1960年2月13日法國在阿爾及利亞撒哈拉沙漠中的拉甘核試驗場成功進行了首次核試驗，從而得以成為世界上第四個擁有原子彈的國家。就在法國決定研究原子彈時中華人民共和國為打破美、蘇等國的核壟斷也於1959年6月開始啟動旨在研發本國核武器的"596工程"。
在此之前蘇聯一度承諾將對中國的核研究提供支援，然而當時的蘇聯領導人赫魯曉夫撕毀了兩國間的協議，拒絕向中國提供原子彈樣品，此後工作在中國國防科技部門的蘇聯專家顧問們陸續撤走。中國的核武研究就此走上了獨立自主自力更生之路。當時主席對此有明確表態：“以前有蘇聯人援助我們，現在我們自己幹也一定要幹好！我們只要有人、有資源，什麼奇蹟都可以創造出來”。
黨中央先後從全國調集高、中級專家二百多人充實到核武器研究所，形成了以彭桓武、朱光亞、鄧稼先等人為核心的核武器研製骨幹力量。1961年7月16日中共中央釋出了《關於加強原子能工業建設若干問題的決定》，19日中央軍委批准國防科委成立領導原子能工業的專辦。黨中央先後從全國調集高、中級專家二百多人充實到核武器研究所，形成了以彭桓武、朱光亞、鄧稼先等人為核心的核武器研製骨幹力量。
當時中國在濃縮鈾方面採取了兩條腿走路的辦法：一方面與科學院一起針對甲種分離膜和氟油等關鍵材料進行技術攻關；另一方面在核工業上打一場空前絕後的“人民戰爭”——全民找礦，土法煉鈾。美國學者劉易斯和薛理泰因此稱中國的第一顆原子彈是一枚“人民炸彈”。人民戰爭的手段在新中國原子彈的研製過程中可謂處處體現。這裡需要提到一個流傳很廣的說法是：我國原子彈是研究人員用算盤打出來的。
原子彈的物理原理是核裂變：熱中子轟擊鈾-235原子後會放出2到4箇中子，中子再去撞擊其它鈾-235原子觸發下一次核反應，如此反覆進行從而形成鏈式反應。維持這一鏈式反應持續下去的一個基本條件是需要足夠多的重核材料。這裡的足夠多是指需要多到鏈式反應自持下去的最小質量。這個最小質量就稱為臨界質量。原子彈選擇臨界質量同材料的形狀、密度以及環境都密切相關。
選擇的臨界質量是多大，壓縮的過程如何、什麼時候到達超臨界，什麼時候點火，用什麼材料防止中子洩漏......這些都需要計算解決。這些計算可不是我們在中小學接觸的加減乘除這樣簡單的四則運算。這些計算涉及到指數函式、三角函式、對數函式、雙曲函式、開方、求冪等相對複雜的運算。這些運算在普通人聽起來可能頭都大了，然而實際上這些運算都是可以人工計算的。
要知道上文提到的這些運算方法可都是在計算機發明之前就早已存在的。當然毫無疑問如果要透過人工完成如此複雜的運算是一項艱鉅的任務，所以後來人們製造了計算機來進行繁重的計算任務。世界上第一臺電子計算機“電子數字積分計算機”於1946年2月14日在美國賓夕法尼亞大學問世了。從這個時間上我們也可以看出我們傳統認識中的一個誤區：美國的原子彈是用計算機算出來的，中國的原子彈是用算盤算出來的。
美國其實是為了原子彈計劃而開始研製計算機，然而還沒等計算機發明出來就在1945年先把原子彈給造出來了。1930年美國科學家範內瓦·布什曾造出世界上首臺類比電子計算機。請注意這裡說的是類比電子計算機，而不是已正式成型的計算機。美國在研製原子彈時用的是隻能計算十四位數以內加減乘除四則運算的計算器。後來美國在研製氫彈時就用上了真正的電子計算機，所以氫彈的研發速度就比原子彈快了很多。
相比之下我國是在1957年開始對蘇聯電子計算機進行仿製的。1958年我國成功量產了第一部103型電子管計算機，1959年和1960年又分別研製成功104型計算機和107型計算機。這幾款計算機的水平接近了當時西方先進水平，是我國獨立更生髮展電子資訊產業的成果。中國研製原子彈時計算機事業也在穩步發展，而且當時全國計算機的算力95%都提供給了原子彈研發。
然而當時我國的計算機事業正處於起步階段，所以全國的算力加起來仍不足以完全滿足原子彈工程。參與原子彈工程的核物理學家彭桓武回憶：當時他的組一週只能有一天使用電子計算機進行驗算。在平時則需要使用每秒計算10次的德國手搖計算機和每秒計算100次的蘇聯烏拉爾電動計算機。彭桓武當時想出了一種被稱為“粗估”的辦法：一方面用心算對公式進行簡化，另一方面集中大批專業人員將複雜步驟逐漸拆分。
拆分後的每一步驟具體分配到每個人頭上：在電子計算機的算力無法滿足需求的前提下同時綜合運用手搖計算機、算盤、計算尺等工具進行計算，然後再將每個人的計算結果逐一整合起來。中國1964年10月16日15時中國在新疆羅布泊核試驗場成功進行了首次核試驗，從而得以成為世界上第五個擁有核武器的國家。由此可見原子彈如此龐大複雜的系統工程絕不是靠某一個人的能力就能研製出來的。
