Otto Hahn, Lise Meitner ja Fritz Strassmann uurisid 1938. aastal Berliinis uraani töötlemist neutronitega. See tundus huvitav ja sama teemaga tegeldi Prantsusmaal ning Itaalias. Selleks ajaks oli palju teadlasi Saksamaalt lahkunud ja juulis ei jäänud ka Austria juudisoost Meitneril enam valikut. Ta põgenes Madalmaade kaudu Rootsi. Hahn kirjutas talle Berliinist, et uraani neutronitega pommitamise üks saadus on baarium. Teade oli nii uskumatu, et tekitas algul isegi analüüside ja katsetehnika suhtes kahtlusi. Kuni selle ajani ei olnud üheski tuumaprotsessis leitud aatomist eraldumas suuremaid kilde kui prootonid ja α-osakesed. Baariumi leidmine tähendas seda, et uraani tuum jaguneb mitmeks suureks tükiks. Eksperimendi tulemuste avaldamine üheskoos oli poliitilistel põhjustel võimatu, Hahn ja Strassmann saatsid oma artikli ära 1938. aasta detsembris.
Lise Meitner kohtus Kopenhaagenis töötava füüsiku Otto Frischiga ja arutas uraaniprobleemi. Nende tuumalõhustumise käsitlus ilmus 1939. aasta jaanuaris ja sisaldab viidet Einsteini valemile E=mc2. Samal ajal esitas Frisch ka teooria katselise kinnituse. Avastatud tuumareaktsioonis vabanev energia annab aimu tuumade seoseenergia suurusest, mis väljendub massidefektis (ptk Tuumareaktsioon). See ongi põhjuseks, miks uraani lõhustamise avastamist loetakse tuumarelva loomise eelduseks ja Einsteini valemit nimetatakse isegi aatompommi valemiks.
Uraan on viimane perioodtabeli looduslik element, tema tuum on väga suur, suure laenguga ja looduslikult radioaktiivne. Tilgamudelis (ptk Aatomituum), millest Meitner ja Frisch lähtusid, hoiab tuuma koos tuumajõududest põhjustatud „pindpinevus”. Positiivse laenguga prootonite tõukumine töötab väikese mõjuulatusega tuumajõududele vastu. Suur tuum on prootonite tõukumise tõttu viimasel püsivuse piiril ja valmis vähimagi häirimise (üksiku neutroni lisamise) peale lagunema. Neutroni haaramine muudab tuuma täiesti ebastabiilseks, see venib pikerguseks ja jaguneb kaheks enam-vähem võrdseks osaks. Tekkinud kildtuumad lendavad laengutevahelise tõukejõu mõjul laiali, aga nende kineetiline energia on nii suur, et ei seletu lihtsalt laengutevahelise tõukumisega. Selle suure energia allikas on lähtetuuma ja kildude seoseenergiate erinevus (ptk Tuumareaktsioon), st tuumaosakeste-vahelist seoste potentsiaalne energia. Raskete tuumade lõhustumise uudis levis teadlaste hulgas kiiresti. Ameerikasse viis teate konverentsile kiirustav Niels Bohr. Tuumaenergia kasutusvõimalused paistsid olevat käeulatuses, aga teoreetilised ja tehnilised probleemid olid endiselt suured. Lisaks sellele oli kohe algamas maailmasõda.
Ahelreaktsiooni võimalust tuumafüüsikas oli juba 1933. aastal ennustanud Ungari päritolu füüsik Leo Szilárd, aga ta ei leidnud aineid, millega see toimuda võiks. Kui selgus, et neutronite toimel lagunevas uraani tuumas tekivad uued neutronid, tundis Szilárd selles peituva võimaluse kohe ära. Koos teiste Ameerikasse põgenenud Ungari füüsikutega arutati võimalust, et Saksamaal on alustatud või kohe algamas tuumaenergia sõjalise rakendamise projekt ja otsustati juhtida sellele võimalusele Ameerika Ühendriikide valitsuse tähelepanu. Einsteini-Szilárdi kiri presidendile viis kokkuvõttes Manhattani projekti ja tuumarelva loomiseni. Einsteini veendi allkirja andma tema suure tuntuse tõttu ja see muutis kirja tõepoolest kaalukamaks.