众所周知，日本在二战末期遭到了美国两颗原子弹的攻击，让日本成为世界上第一个也是唯一遭到原子弹袭击的国家。但是很多人不知道的是，日本原子弹研制计划启动时间甚至比美国还要早8个月。
1934年，日本东北大学教授彥坂忠義的《原子物理理论》发表。彥坂忠義指出了原子核所蕴含的巨大能量，以及核能发电和制造武器的可能性。1938年12月，德国化学家奥托·哈恩(Otto Hahn)和弗里茨·施特拉斯曼(Fritz Strassmann)给《自然科学》杂志(Naturwissenschaften)寄去了一份手稿，报告说，他们在用中子轰击铀后发现了元素硼;同时，他们把这些结果告诉了Lise Meitner。迈特纳和她的侄子奥托·罗伯特·弗里施正确地将这些结果解释为核裂变。弗里施在1939年1月13日通过实验证实了这一点。世界各地的物理学家立即意识到连锁反应可能会产生，并通知政府发展核武器的可能性。
日本原子能项目的领军人物是仁科芳雄博士(Yoshio Nishina)，他是尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)的亲密伙伴，也是阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)的同时代人，仁科芳雄是克莱恩-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实验室，以研究高能物理。物理化学研究所的分支，该机构于1917年在东京成立，旨在促进基础研究。仁科芳雄在1936年建造了第一个26英寸(660毫米)的回旋加速器，1937年又建造了另一个60英寸(1500毫米)220吨的回旋加速器。1938年，日本还从加州大学伯克利分校购买了一台回旋加速器。
1939年，仁科芳雄认识到核裂变的军事潜力，并担心美国人正在研制核武器，可能被用来对付日本。事实上，在1939年，美国总统富兰克林·d·罗斯福(Franklin D. Roosevelt)开始了对裂变武器的首次调查，最终演变成大规模的曼哈顿计划(Manhattan Project)，日本购买回旋加速器的实验室成为武器研究的主要场所之一。
1940年初夏，仁科芳雄在火车上见到了安田武夫中将。安田当时是陆军航空部技术研究所所长。仁科芳雄告诉安田有关制造核武器的可能性。日本的裂变计划直到1941年4月才正式开始，而美国的曼哈顿计划则是1941年12月6日制定的。
当时安田遵照陆军大臣东条英机的命令，调查核武器的可能性。安田将这一命令顺着指挥链传给了理研所所长 大河内正敏，后者又传给了仁科芳雄。到1941年，日本理研所的核研究实验室已有100多名研究人员。
与此同时，日本帝国海军技术研究所(Imperial Japanese Navy Technology Research Institute)一直在进行独立调查，并聘请了东京帝国大学(Imperial University)的教授，征求有关核武器的意见。这导致成立了核物理应用研究委员会，由仁科芳雄担任主席，该委员会在1942年7月至1943年3月期间召开了十次会议。它在一份报告中得出结论说，虽然原子弹在原则上是可行的，但“即使是美国在战争期间也很可能难以实现原子能的应用”。这使得海军失去了兴趣，转而集中精力研究雷达。
陆军并没有气馁，在委员会发表报告后不久，他们在理化研究所建立了一个实验项目，即Ni-Go项目。其目的是通过热扩散来分离铀-235，忽略了电磁分离、气体扩散和离心分离等其他方法。到1945年2月，一小群科学家已经成功地在理研复杂材料的基本分离器中生产出了少量的材料——理研回旋加速器表明，这种材料不是铀235。1945年3月，美国空军对东京的“会议屋行动”(Operation Meetinghouse)发动突袭，导致一场大火，分隔墙被毁，两个月后，分隔墙工程宣告结束。没有人试图建造铀堆;虽然无法获得重水，但负责仁科芳雄分离机的Takeuchi Masa计算出，如果铀能浓缩到5-10%的铀235，轻水就足够了。
在这些实验进行的同时，陆军和海军在从福岛县到韩国、中国和缅甸等地展开了搜寻铀矿的工作。日本还向他们的德国盟友索要材料，并于1945年4月用U-234潜艇将560公斤(1230磅)未加工的氧化铀运送到日本，然而，在德国投降后，该潜艇在大西洋向美军投降。据报氧化铀被标为“U-235”，这可能是对潜艇名称的错误标记，其确切特征仍不清楚;一些消息来源认为，它不是武器级材料，目的是作为催化剂，用于生产用于航空燃料的合成甲醇。
根据历史学家威廉姆斯的说法，“阻碍了德国原子弹计划的，同样是高质量铀的缺乏，也阻碍了日本制造原子弹的企图。这是曼哈顿计划情报小组的结论，他们还报告说，日本的核物理学家和其他国家的一样优秀。
943年，另一个日本海军司令部开始了一项核研究计划，F-Go项目，由帝国大学的荒胜文策领导。荒胜文策在国外学习了几年，包括在剑桥大学的卡文迪什实验室，在欧内斯特·卢瑟福的领导下，在柏林大学的阿尔伯特·爱因斯坦的领导下。荒胜文策是仅次于西奈山的日本最著名的核物理学家。他的团队包括汤川秀纪，他在1949年成为日本第一个获得诺贝尔奖的物理学家。
在战争早期，海军研究所化工部负责人、司令官北川(Kitagawa)曾要求荒胜文策进行铀235分离的工作。工作进展缓慢，但在战争结束前不久，他设计了一台超离心机(每分钟60000转)，他希望能达到要求的结果。但是机器的设计是在日本投降前完成的。
日本投降后不久曼哈顿计划的原子弹任务小组在9月部署到日本。报道称，F-Go项目每个月从韩国和九州的电解氨厂获得20克重水。
事实上，实业家野口遵(被誉为“日本电气化学工业之父”)早在几年前就启动了一个重水生产项目。1926年，野口遵在朝鲜东北部的科南(现在称为兴南)成立了韩国水电公司。这里成为了一个为化肥生产氨水的工业联合体的所在地。尽管有一个重水生产设施，其产量可能与挪威重水工厂的产量不相上下，然而日本似乎没有在京都使用重水作为调节剂进行中子增殖研究。
1945年10月16日，仁科芳雄向美国占领军申请许可，在理研生物和医学研究所使用这两个回旋加速器，很快得到批准;然而在11月10日，美国战争部长在华盛顿收到指示，要摧毁在理研、京都大学和大阪大学的回旋加速器。11月24日理研的回旋加速器被拆开扔进东京湾。
在一封反对破坏的抗议信中，仁科芳雄写道，理研的回旋加速器与核武器的生产毫无关系，然而，大型回旋加速器已经正式成为Ni-Go项目的一部分。仁科芳雄认为回旋加速器可以为使用核能的基础研究服务，因此将其纳入了该项目，这样他就可以继续在设备上工作;这个项目的军事性质让他获得了资金，也让他的研究人员没有被征召入伍。他对此并不感到不安，因为他认为在战争结束前，日本不可能生产核武器。（幂谈天下/张幂）
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