1704年，牛頓把原子說成是上帝製造的，“緊密的、有質量的、堅硬的、不可進入的活動粒子。形狀和其他性質，以及它們對空間的比例都最符合上帝製造的目的。”許多物理學家沒有局限於牛頓的解釋，他們反複探索著。
1897年，英國物理學家湯姆遜發現了電子。1909年，英國物理學家盧瑟福經過實驗，提出了原子由原子核和核外電子組成。原子核很小，質量很大，居於原子的中心。電子帶負電，原子核帶正電。這樣，兩百多年前牛頓對原子的解釋就被完全改變了。
1905年，愛因斯坦創立了相對論。他在《物質的慣性同它所含的能量有關嗎》這篇短短的論文中，提出了一個極其重要的結論：“物體的質量是它所含的能量的量度。”他說：“如果有一物體以輻射的形式放出能量L，那麼它的質量就要減少L/V。”
後來，他把這個公式寫成E=mc2.也就是能量=質量×光速的平方。當時，很多人都不理解這個結論，也沒有重視這個公式。
1938年，德國物理學家哈恩和邁特納在做實驗時，發現用一個中子轟擊金屬鈾的時候，總會發現一些金屬鋇產生。這些鋇是哪裏來的呢？經過精確地分析，發現還有惰性元素氪的原子核。為什麼在鈾裏麵會有兩種新的原子核出現呢？
邁特納是位嚴肅認真的女物理學家，由於她的猶太人血統，她被迫從德國逃到瑞典。收到哈恩的信以後，她認真思索了實驗的全部過程，她想：鈾的原子核很重，很大，會不會是由於一個中子打中了它，使它分裂成大小相似的兩個原子核？鈾原子核裏有92個質子。鋇原子核裏有56個質子，氪原子核裏有36個質子，加起來，恰好是92個。而鈾原子核裏的中子數。再加上打進來的一個又相當於鋇和氪原子核的中子數和新產生的兩個中子數之和。很可能，是鈾的原子核發生了裂變，裂成了兩個。邁特納把自己的研究成果寫成論文寄到英國的《自然雜誌》，在1939年1月發表了。
幾乎同時，留在德國的哈恩也把自己類似的推測寫成論文，在德國的《自然科學》雜誌上發表了。他還指出，鈾不僅會裂變成鋇和氪，還會裂變成別的產物，例如氙、鍶、鈰等，同時放出2個到3個中子。這個實驗立刻引起了全世界物理學家的重視，因為這個實驗說明了鈾核的裂變一旦開始，就有可能自動繼續下去。1個中子使1個鈾核裂變。放出2個中子，從而引起兩個鈾核裂變。然後又放出4個中子，引起4個鈾核裂變，然後是8個、16個、32個、64個……10次就變成1024個，20次變成1048576個，30次變成1041個，40次變成1萬億個……這種反應叫做鏈式反應，而且是自動連續進行的鏈式反應，叫做“自持鏈式反應”。
在自然界裏鏈式反應多得很。火爐裏的煤和柴火都正在進行鏈式反應，一塊煤燃燒的熱量，引燃了周圍的煤，一根木柴的火焰，點燃了其他木柴。至於森林火災，那可以說是不可控製的相當嚴重的鏈式反應——一棵燃燒的樹引燃了兩棵、三棵，越來越多，直到整個大森林。原子核的鏈式反應，在1938年年底是第一次發現。特別值得注意的是：裂變前的鈾原子的質量，略大於裂變後的產物，裂變時，有一點“小小的”質量的減少。這些質量變成什麼了呢？變成了能量。這正是愛因斯坦在1905年就指出的E=mc2.經過試驗、分析、計算，每一個鈾核裂變放出的能量為2億電子伏特，而一個碳原子和兩個氧原子化合成二氧化碳，也就是我們通常所說的燃燒，才放出幾個電子伏特的能量，二者相比，差了幾千萬！如果1千克鈾全部裂變，產生的能量等於2700噸煤完全燃燒時放出的能量。一輛解放牌卡車裝5噸煤，540輛汽車裝滿的煤，要堆成多大一堆，它們完全燃燒時放出的能量僅僅相當於一個金屬鈾的小球，而這個小球直徑不過4.7厘米，比乒乓球大不了多少。那麼，鏈式反應是不是非常平穩，緩慢地進行，慢慢地放出這麼巨大的能量呢？科學家們進行了實驗，吃驚地發現，鏈式反應進行得非常迅速，每次核裂變的時間僅僅為50萬億分之一秒。那麼，即使是進行1億次裂變，才用了幾十萬分之一秒。在這麼短的時間裏，放出這麼巨大的能量，那將是一次非常劇烈的大爆炸。
科學家們認真計算了一下，看著紙上的數字，不禁目瞪口呆。比乒乓球略大一點的1千克鈾，如果發生迅速的鏈式反應而爆炸，相當於27萬噸黃色炸藥。也就是說，可以炸毀整整一座山峰，或者把一座幾十萬人口的城市炸得片瓦不留。這一切是真的嗎？
許多科學家焦慮地看著這些數字。理論基礎，是愛因斯坦的相對論，而實驗呢？許多科學家在不同的實驗室裏重複操作，結果都一樣。
這個發現會帶來什麼後果呢？
1939年，這個人類曆史上的多事之年，許多國家的科學家都在非常緊張、非常認真地考慮這個問題。希特勒磨刀霍霍，他在5月份與墨索裏尼簽訂了“德意同盟條約”，赤裸裸地宣布兩國“決心並肩協力行動”，以取得他們的“生存空間”。威力強大的坦克、飛機源源不斷地從德國軍火工廠生產出來，舉著萬字旗的德國軍隊則緊張地進行著調動、布署。世界大戰一觸即發。德國的一些物理學家向德國陸軍部寫信建議，核物理學中最新的發現可能製成極強大的炸彈，“哪個國家最先使用它，將對其他國家占有不可超越的優勢”。德國陸軍部決定進行研究，如果法西斯製成了原子彈，會給全世界帶來何等可怕的威脅……
匈牙利籍的物理學家西拉德也是從德國逃出來的，他對局勢感到非常擔憂。怎麼才能引起美國最高領導人的重視呢？他想到了自己在柏林大學時的老師愛因斯坦。能不能請愛因斯坦給羅斯福總統寫一封信呢？