В Советском Союзе проблемами атомной физикой интенсивно занимались в Радиевом институте и в первом Физтехе (оба в Ленинграде), а также в Харьковском физико-техническом институте и Институте химической физики в Москве. АН СССР проводила конференции по ядерной физике, в которых принимали участие отечественные и иностранные исследователи, работавшие в этой области, а также в других смежных дисциплинах. Авторитетом в этой области считался академик В. Г. Хлопин. Серьёзный вклад внесли также Г. А. Гамов, И. В. Курчатов и Л. В. Мысовский, создатели первого в Европе циклотрона, а также основатель Института химической физики Н. Н. Семенов. Ф. Ф. Лаеге создал первый советский проект атомной бомбы в 1940 году. Данные проекты курировал Председатель СНК В. М. Молотов. С начала войны внимание и финансирования на эти проблемы уменьшилось.
Широкий интерес физиков к явлению радиоактивности оказался кстати. Учитывая, что процесс радиоактивности сопровождается выделением большего количества энергии, родилась идея создания ядерного оружия. Анализируя процессы, происходящие при распаде ядра, замечено три типа радиоактивности: альфа, бета и гамма. При бомбардировке тяжелого атома нейтронами происходит расщепление его на два или более мелких ядер и других частиц (нейтронов и фотонов), далее может возникнуть цепная реакция. Атом урана 235 наиболее вероятно может быть разделен на ксенон и стронций с двумя нейтронами и высвобождением энергии, или криптон и барий и тремя нейтронами, также с высвобождением энергии. Нейтроны, возникшие в результате расщепления, могут провоцировать цепную реакцию.
Главным объектом исследования физиков и химиков стало расщепления ядер тяжелых элементов, в первую очередь урана, с помощью нейтронов, безо всякой квантовой физики, методом проб и ошибок, как можно быстрее добиться результата. Первыми за это взялись немецкие химики Отто Ган и Фриц Штрассман, которые в декабре 1938 года впервые в мире осуществили искусственное расщепление ядра атома урана. В след за ними от ученых Гамбургского университета поступило письмо в высшее военное руководство Германии, за подписью профессора Пауля Хартека и доктора В. Грота. В письме указывалось на принципиальную возможность создания нового вида высокоэффективного взрывчатого вещества, а также отмечалось: «Та страна, которая первой сумеет практически овладеть достижениями ядерной физики, приобретет абсолютное превосходство над другими». Сразу же имперское министерство науки и образования проводит совещание на тему «О самостоятельно распространяющейся (то есть цепной) ядерной реакции». Среди участников профессор Винфрид Отто Шуман, руководитель исследовательского отдела Управления вооружений Третьего рейха. Уже в июне 1939 года началось сооружение первой в Германии реакторной установки,