1939年，纳粹德国开始了制造原子弹的“铀计划”，领头的是量子力学的创始人海森堡，参与这项计划的都是德国最顶尖的科学家，其中有两位还是世界上最先发现分裂原子核方法和铀裂变现象的物理学家哈恩和斯特拉斯曼。当时德国已经从占领的捷克斯洛伐克获得沥青铀矿，解决了核武器研制的基本原料问题，并建造出第一座用于试验的核反应堆。
这样危急的形势下，爱因斯坦写信给美国总统罗斯福，详细阐述了研制原子弹的重要性，并提议要先于纳粹德国制造出原子弹。于是，在1941年，美国正式开始了代号为“曼哈顿”的研制原子弹绝密计划，罗斯福总统赋予这项计划以“高于一切行动的特别优先权”。
与此同时，英国政府也秘密制定了默德报告（MAUD），为设计使用少量可裂变物质的核武器奠定了科学可行性，并成立了代号为“管合金计划”的研究机构从事核武器的研发工作。但由于纳粹德国对英国进行的狂轰滥炸和海上封锁，英国的核武器计划并不是很顺利。在这种情况下，出于对德国率先拥有原子弹的共同担心，英国和美国在核领域开始了合作。1943年，英国开始参加美国的“曼哈顿计划”，先后向该工程投入了10亿多美元的财政援助，并派出50多位杰出的科学家和工程技术人员参与这项计划。
然而，美英两国的原子弹秘密计划早就在斯大林的掌控之中了。苏联很早以前就在剑桥安插了五人情报小组（俗称“剑桥五杰”），其中的约翰·凯恩克罗斯作为英国战争内阁成员汉基勋爵的私人秘书，在计划成立之初就将情报发回了苏联。
不仅如此，在英国派到美国参加“曼哈顿计划”的科学家里，有个叫克劳斯·福克斯的物理学家，负责第一次裂变武器和氢弹的早期模型重大理论工作，其实他是一名流亡海外的德国共产党员，他在参与“曼哈顿计划”期间一直在为苏联提供氢弹的理论数据。到了1950年，美国的情报人员才发现克劳斯·福克斯居然是个苏联间谍，但直到被捕的那一刻，他都坚持表示：“我从来不认为我是个间谍，我只是不明白为什么对苏联保守原子弹的秘密符合西方的利益。”在他看来，像原子弹这样具有巨大毁灭性的武器，所有大国都应该拥有或至少知道它的存在，这样才有利于建立平衡的世界秩序。
除了克劳斯·福克斯之外，为苏联研制原子弹提供情报的还有建成了世界上第一个铀反应堆的物理学家恩里克·费米的助手布鲁诺·邦德科尔夫，他和家人在1950年突然就从英国消失了，直到5年后他的名字出现在了苏联的一本科学杂志上，人们才意识到原来他一直效忠于苏联。同样参与了“曼哈顿计划”的美国物理学家西奥多·霍尔，直到1995年在死前他才公开承认当年正是他将核情报泄露给了苏联。这些信息都是后来被公开了才为人们所知的，实际上应该还有更多仍未被公开的秘密。
尤其值得一提的是，无论是著名的英国“剑桥五杰”、英国物理学家克劳斯·福克斯、美国物理学家西奥多·霍尔、布鲁诺·邦德科尔夫，还是那些为苏联工作的美国官员们，他们都有着良好的家庭出身，也都有正当的职业，他们从事间谍活动并不是为了金钱，而是为了自己心中的信仰。
正是他们提供的情报使苏联大大缩短了核武器的研制时间，1949年，苏联实战性核武器爆炸成功，打破了美国的核垄断，苏联成为了世界上第二个拥有可用于实战的原子弹的国家，两个超级大国的竞争也终于站到了同一条起跑线上。