1789年,克拉普罗特(Klaproth)发现铀元素
1896年,贝克勒尔(Becquerel)在含铀矿石中发现天然放射性现象
1917年,卢瑟福(Rutherford)首先实现了实验室中的核嬗变反应,用天然衰变产生的射线来轰击靶核将其嬗变为一种新元素
1920年,卢瑟福(Rutherford)首先提出“中子”的假说
1931年~1932年,博特(Bothe)、贝克尔(Becker)、小居里夫妇(I. Joliot-Curie & F. Joliot-Curie)等先后进行了大量实验,这些实验中都出现或使用了中子,但他们都错误地将其当作高能射线
1932年,查德威克(Chadwick)重复了小居里夫妇的实验,推翻了射线假说,正式确认中子的存在
1932年,考克饶夫(Cockcroft)和沃尔顿(Walton)实现了人工核反应,与1917年的卢瑟福不同,他们使用的是经加速器加速的质子来轰击靶核
1934年,受前述实验的启发,西拉德(Szilárd)提出了由中子诱发链式反应的概念并在英国申请专利(GB 630726)
1934年,费米(Fermi)尝试用中子轰击铀核,首次实现人工核裂变,但当时费米错误地将裂变产物的混合物当作一种新元素
1935年,戴普斯特(Dempster)用质谱仪首先发现铀-235
1938~1939年,哈恩(Hahn)、梅特纳(Meitner)、斯特拉斯曼(Strassman)和弗里施(Frisch)等人经过大量实验确认费米用中子轰击铀核的实验并非产生新元素,而是核裂变
1939~1940年,研究人员进行了大量铀核裂变的实验,逐渐认识到铀-235易裂变,且每次裂变可放出约2.5个中子,因此可用于实现链式反应;而铀-238不易裂变,但铀-238可以经核反应嬗变为易裂变核素(后来确认此核素是钚-239)
1940~1941年,西博格(Seaborg)、麦克米伦(McMillan)、肯尼迪(Kennedy)和外尔(Wahl)等人在核反应中发现钚元素,并确认了其最重要的两种同位素:钚-238和钚-239
1942年,为验证人工链式反应的可行性,费米(Fermi)领导建设了历史上第一座人工反应堆——芝加哥堆1号(Chicago Pile-1,CP-1),这是一座采用天然铀做燃料、石墨做慢化剂的反应堆(中文里反应堆的这个“堆”就来自Chicago Pile的“pile”,因为当时CP-1的主体是石墨块堆砌成的)。1942年12月2日,CP-1实现临界链式反应,证明了人工链式反应确实可行。至此科学家们已确信原子弹在物理上是可实现的,剩下的都是技术问题和工艺问题,比如同位素分离工艺的选择、铀弹和钚弹的选择、弹体的具体构造等等。