眾所周知，日本在二戰末期遭到了美國兩顆原子彈的攻擊，讓日本成為世界上第一個也是唯一遭到原子彈襲擊的國家。但是很多人不知道的是，日本原子彈研製計劃啟動時間甚至比美國還要早8個月。

1934年，日本東北大學教授彥坂忠義的《原子物理理論》發表。彥坂忠義指出了原子核所蘊含的巨大能量，以及核能發電和製造武器的可能性。1938年12月，德國化學家奧托·哈恩(Otto Hahn)和弗裡茨·施特拉斯曼(Fritz Strassmann)給《自然科學》雜誌(Naturwissenschaften)寄去了一份手稿，報告說，他們在用中子轟擊鈾後發現了元素硼;同時，他們把這些結果告訴了Lise Meitner。邁特納和她的侄子奧托·羅伯特·弗裡施正確地將這些結果解釋為核裂變。弗裡施在1939年1月13日透過實驗證實了這一點。世界各地的物理學家立即意識到連鎖反應可能會產生，並通知政府發展核武器的可能性。

日本原子能專案的領軍人物是仁科芳雄博士(Yoshio Nishina)，他是尼爾斯·玻爾(Niels Bohr)的親密夥伴，也是阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)的同時代人，仁科芳雄是克萊恩-西娜公式的合著者。：1931年，仁科芳雄在日本理化研究所建立了自己的核研究實驗室，以研究高能物理。物理化學研究所的分支，該機構於1917年在東京成立，旨在促進基礎研究。仁科芳雄在1936年建造了第一個26英寸(660毫米)的迴旋加速器，1937年又建造了另一個60英寸(1500毫米)220噸的迴旋加速器。1938年，日本還從加州大學伯克利分校購買了一臺迴旋加速器。

1939年，仁科芳雄認識到核裂變的軍事潛力，並擔心美國人正在研製核武器，可能被用來對付日本。事實上，在1939年，美國總統富蘭克林·d·羅斯福(Franklin D. Roosevelt)開始了對裂變武器的首次調查，最終演變成大規模的曼哈頓計劃(Manhattan Project)，日本購買回旋加速器的實驗室成為武器研究的主要場所之一。

1940年初夏，仁科芳雄在火車上見到了安田武夫中將。安田當時是陸軍航空部技術研究所所長。仁科芳雄告訴安田有關製造核武器的可能性。日本的裂變計劃直到1941年4月才正式開始，而美國的曼哈頓計劃則是1941年12月6日製定的。

當時安田遵照陸軍大臣東條英機的命令，調查核武器的可能性。安田將這一命令順著指揮鏈傳給了理研所所長 大河內正敏，後者又傳給了仁科芳雄。到1941年，日本理研所的核研究實驗室已有100多名研究人員。

與此同時，日本帝國海軍技術研究所(Imperial Japanese Navy Technology Research Institute)一直在進行獨立調查，並聘請了東京帝國大學(Imperial University)的教授，徵求有關核武器的意見。這導致成立了核物理應用研究委員會，由仁科芳雄擔任主席，該委員會在1942年7月至1943年3月期間召開了十次會議。它在一份報告中得出結論說，雖然原子彈在原則上是可行的，但“即使是美國在戰爭期間也很可能難以實現原子能的應用”。這使得海軍失去了興趣，轉而集中精力研究雷達。

陸軍並沒有氣餒，在委員會發表報告後不久，他們在理化研究所建立了一個實驗專案，即Ni-Go專案。其目的是透過熱擴散來分離鈾-235，忽略了電磁分離、氣體擴散和離心分離等其他方法。到1945年2月，一小群科學家已經成功地在理研複雜材料的基本分離器中生產出了少量的材料——理研迴旋加速器表明，這種材料不是鈾235。1945年3月，美國空軍對東京的“會議屋行動”(Operation Meetinghouse)發動突襲，導致一場大火，分隔牆被毀，兩個月後，分隔牆工程宣告結束。沒有人試圖建造鈾堆;雖然無法獲得重水，但負責仁科芳雄分離機的Takeuchi Masa計算出，如果鈾能濃縮到5-10%的鈾235，輕水就足夠了。

在這些實驗進行的同時，陸軍和海軍在從福島縣到韓國、中國和緬甸等地展開了搜尋鈾礦的工作。日本還向他們的德國盟友索要材料，並於1945年4月用U-234潛艇將560公斤(1230磅)未加工的氧化鈾運送到日本，然而，在德國投降後，該潛艇在大西洋向美軍投降。據報氧化鈾被標為“U-235”，這可能是對潛艇名稱的錯誤標記，其確切特徵仍不清楚;一些訊息來源認為，它不是武器級材料，目的是作為催化劑，用於生產用於航空燃料的合成甲醇。

根據歷史學家威廉姆斯的說法，“阻礙了德國原子彈計劃的，同樣是高質量鈾的缺乏，也阻礙了日本製造原子彈的企圖。這是曼哈頓計劃情報小組的結論，他們還報告說，日本的核物理學家和其他國家的一樣優秀。

1943年，另一個日本海軍司令部開始了一項核研究計劃，F-Go專案，由帝國大學的荒勝文策領導。荒勝文策在國外學習了幾年，包括在劍橋大學的卡文迪什實驗室，在歐內斯特·盧瑟福的領導下，在柏林大學的阿爾伯特·愛因斯坦的領導下。荒勝文策是僅次於西奈山的日本最著名的核物理學家。他的團隊包括湯川秀紀，他在1949年成為日本第一個獲得諾貝爾獎的物理學家。

事實上，實業家野口遵(被譽為“日本電氣化學工業之父”)早在幾年前就啟動了一個重水生產專案。1926年，野口遵在朝鮮東北部的科南(現在稱為興南)成立了韓國水電公司。這裡成為了一個為化肥生產氨水的工業聯合體的所在地。儘管有一個重水生產設施，其產量可能與挪威重水工廠的產量不相上下，然而日本似乎沒有在京都使用重水作為調節劑進行中子增殖研究。

1945年10月16日，仁科芳雄向美國佔領軍申請許可，在理研生物和醫學研究所使用這兩個迴旋加速器，很快得到批准。然而在11月10日，美國戰爭部長在華盛頓收到指示，要摧毀在理研、京都大學和大阪大學的迴旋加速器。11月24日理研的迴旋加速器被拆開扔進東京灣。