1939年年初，第二次世界大战爆发前夕，丹麦伟大的物理学家、诺贝尔奖获得者波尔获悉德国科学家正在研制原子弹，并企图用于战争。不久，波尔前往美国，将这一信息告诉了流亡美国的著名科学家费米和司济拉德，建议美国立即研制这一新型武器。3月17日，费米前往华盛顿游说，以失败而告终。7月，一些流落美国的科学家一致认为必须直接说服白宫首脑。为此，司济拉德等前往普林斯顿大学，说服已在美定居的科学巨匠爱因斯坦，请他写信劝告美国总统罗斯福，建议在德国之前研制出原子弹。8月2日，爱因斯坦给总统写了一封信。罗斯福总统在仔细研究之后，随即下令成立原子能研究委员会。开始，由于经费缺乏，进程十分缓慢。1941年12月7日，珍珠港事件爆发。珍珠港的耻辱使美国上下，尤其是国会和总统懂得集中力量研究原子弹的紧迫性和必要性。从1942年8月13日起，美国在纽约以东的曼哈顿地区建立了一个研究机构，并把原子弹的研制计划命名为“曼哈顿工程”，列为国家“绝密”项目。1942年12月2日，在芝加哥大学斯塔格运动场的看台下面，由费米领导建成了历史上的第一座铀—石墨反应堆。由于这个装置像堆一样，又为了保密，故把它叫“堆”，并沿用至今。当天下午3时36分，裂变反应开始，链式反应持续28分钟，从这个实验堆中制造出了0.5克钚，这是人类历史上第一次实现人工控制的核反应，为原子弹的制成提供了可靠基础。经过不断的试验、研究，到1945年7月终于制出三枚原子弹，并在新墨西哥州阿拉默果尔多空军基地的沙漠进行了一次试验。7月16日，人类历史上第一颗原子弹开始起爆。爆炸的巨响在160千米以外都可听到，高大的蘑菇云上升到10668米高空。面对着这个强大的爆炸，参与试验的每一个人都感到恐惧。试验成功后，美国迫不及待地将之用于实际战争。其时，德国已宣布投降，日本却仍作困兽之斗。为了迫使日军早日投降，减少美军伤亡，同时威慑苏联，美国决定在日本本土投放原子弹。1945年8月6日，美军在日本广岛投下一枚名为“小男孩”的原子弹，导致广岛67%的建筑被摧毁或损坏，当时伤亡竟达144000人。8月9日，另一枚名为“胖子”的原子弹在日本长崎爆炸，导致13298人遇难，30000人受伤。面对这史无前例的毁灭性的打击，日本天皇不得不宣布无条件投降。可见，原子弹自其诞生之日起就显示出无与伦比的巨大威力。
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1945年8月6日，美国在日本广岛投掷原子弹。
1945年秋，日本败局已定。美国总统杜鲁门和美国政府想尽快迫使日本投降，也想以此抑制苏联，于是杜鲁门决定在日本的首都和长崎投掷原子弹，因日本首都东京雾太浓所以选择了广岛。在此之前，美国、英国和中国发表了《波茨坦公告》，敦促日本投降。7月28日，日本政府拒绝接受《波茨坦公告》。出于军事和政治的原因，美国政府便按照原定计划，对日本使用原子弹。
1945年8月6日早晨8时整，3架B-29美机又从高空进入广岛上空。这时很多广岛市民并未进入防空洞，而是在仰望美机。在此以前，B-29已连续数天飞临日本领空进行训练，但这一次的3架飞机中，有一架已经装上了一颗5吨重的原子弹，此时正奉命来轰炸广岛。
9点14分17秒，那架装载着原子弹的美机上的视准仪对准了广岛一座桥的正中时，自动装置被打开了。60秒种后，原子弹从打开的舱门落入空中。这时飞机做了一个155°的转弯，俯冲下来；一瞬间，飞行高度下降了300多米。这样做是为了尽量远离爆炸地点。45秒钟后，原子弹在离地600米的空中爆炸，立即发出令人眼花目眩的强烈的白色闪光，广岛市中心上空随即发生震耳欲聋的大爆炸。顷刻之间，城市突然卷起巨大的蘑菇状烟云，接着便竖起几百根火柱，广岛市马上沦为炽热的火海。
原子弹爆炸的强烈光波，使成千上万人双目失明；10亿度的高温，把一切都化为灰烬；放射雨使一些人在以后20年中缓慢地走向死亡；冲击波形成的狂风，又把所有的建筑物摧毁殆尽。处在爆心极点影响下的人和物，像原子分离那样分崩离析。离中心远一点的地方，可以看到在刹那间被烧毁的男人和女人及儿童的残骸。更远一些的地方，有些人虽侥幸还活着，但不是被严重烧伤，就是双目被烧成两个窟窿。在16千米以外的地方，人们仍然可以感到闷热的气流。
当时广岛人口为34万多人，靠近爆炸中心的人大部分死亡，当日死者计8.8万余人，负伤和失踪的为5.1万余人；全市7.6万幢建筑物全被毁坏的有4.8万幢，严重毁坏的有2.2万幢。
但是，广岛的悲剧并未使日本立即同意接受波茨坦最后通牒，即无条件投降。他们竭力掩盖广岛事实真相，把希望寄托在苏联的调停上。但8月8日，日本从苏联领导人那里得到的回答是：日本仍在继续进行战争，拒绝接受《波茨坦公告》，因此，日本政府请求苏联调停的建议已失去一切根据。苏联政府遵守对联合国的义务，接受联合国的要求，宣布从8月9日起对日宣战。就在苏联出兵这天的上午11时30分，美国又在日本长崎投下第二颗原子弹。长崎全城27万人，当日便死去6万余人，从而酿成了广岛以来的又一次悲剧。