1939年，納粹德國開始了制造原子彈的“鈾計劃”，領頭的是量子力學的創始人海森堡，參與這項計劃的都是德國最頂尖的科學家，其中有兩位還是世界上最先發現分裂原子核方法和鈾裂變現象的物理學家哈恩和斯特拉斯曼。當時德國已經從占領的捷克斯洛伐克獲得瀝青鈾礦，解決了核武器研制的基本原料問題，并建造出第一座用于試驗的核反應堆。
這樣危急的形勢下，愛因斯坦寫信給美國總統羅斯福，詳細闡述了研制原子彈的重要性，并提議要先于納粹德國制造出原子彈。于是，在1941年，美國正式開始了代号為“曼哈頓”的研制原子彈絕密計劃，羅斯福總統賦予這項計劃以“高于一切行動的特别優先權”。
與此同時，英國政府也秘密制定了默德報告（MAUD），為設計使用少量可裂變物質的核武器奠定了科學可行性，并成立了代号為“管合金計劃”的研究機構從事核武器的研發工作。但由于納粹德國對英國進行的狂轟濫炸和海上封鎖，英國的核武器計劃并不是很順利。在這種情況下，出于對德國率先擁有原子彈的共同擔心，英國和美國在核領域開始了合作。1943年，英國開始參加美國的“曼哈頓計劃”，先後向該工程投入了10億多美元的财政援助，并派出50多位傑出的科學家和工程技術人員參與這項計劃。
然而，美英兩國的原子彈秘密計劃早就在斯大林的掌控之中了。蘇聯很早以前就在劍橋安插了五人情報小組（俗稱“劍橋五傑”），其中的約翰·凱恩克羅斯作為英國戰争内閣成員漢基勳爵的私人秘書，在計劃成立之初就将情報發回了蘇聯。
不僅如此，在英國派到美國參加“曼哈頓計劃”的科學家裡，有個叫克勞斯·福克斯的物理學家，負責第一次裂變武器和氫彈的早期模型重大理論工作，其實他是一名流亡海外的德國共産黨員，他在參與“曼哈頓計劃”期間一直在為蘇聯提供氫彈的理論數據。到了1950年，美國的情報人員才發現克勞斯·福克斯居然是個蘇聯間諜，但直到被捕的那一刻，他都堅持表示：“我從來不認為我是個間諜，我隻是不明白為什麼對蘇聯保守原子彈的秘密符合西方的利益。”在他看來，像原子彈這樣具有巨大毀滅性的武器，所有大國都應該擁有或至少知道它的存在，這樣才有利于建立平衡的世界秩序。
除了克勞斯·福克斯之外，為蘇聯研制原子彈提供情報的還有建成了世界上第一個鈾反應堆的物理學家恩裡克·費米的助手布魯諾·邦德科爾夫，他和家人在1950年突然就從英國消失了，直到5年後他的名字出現在了蘇聯的一本科學雜志上，人們才意識到原來他一直效忠于蘇聯。同樣參與了“曼哈頓計劃”的美國物理學家西奧多·霍爾，直到1995年在死前他才公開承認當年正是他将核情報洩露給了蘇聯。這些信息都是後來被公開了才為人們所知的，實際上應該還有更多仍未被公開的秘密。
尤其值得一提的是，無論是著名的英國“劍橋五傑”、英國物理學家克勞斯·福克斯、美國物理學家西奧多·霍爾、布魯諾·邦德科爾夫，還是那些為蘇聯工作的美國官員們，他們都有着良好的家庭出身，也都有正當的職業，他們從事間諜活動并不是為了金錢，而是為了自己心中的信仰。
正是他們提供的情報使蘇聯大大縮短了核武器的研制時間，1949年，蘇聯實戰性核武器爆炸成功，打破了美國的核壟斷，蘇聯成為了世界上第二個擁有可用于實戰的原子彈的國家，兩個超級大國的競争也終于站到了同一條起跑線上。