Tháng 8 năm 1939, các nhà vật lý nổi tiếng Leó Szilárd và Eugene Wigner soạn Bức thư Einstein–Szilárd nhằm cảnh báo về tiềm năng phát triển "những quả bom cực mạnh kiểu mới". Thư kêu gọi Hoa Kỳ tiến hành từng bước thu thập các nguồn dự trữ quặng urani và hỗ trợ nghiên cứu của Enrico Fermi và những người khác trong lĩnh vực phản ứng hạt nhân dây chuyền. Họ lấy chữ ký của Albert Einstein và gửi tới Tổng thống Franklin D. Roosevelt. Roosevelt triệu tập Lyman Briggs của Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ làm lãnh đạo Ủy ban Tư vấn về Urani để xem xét các vấn đề nêu lên trong bức thư. Briggs tổ chức một cuộc họp vào ngày 21 tháng 10 năm 1939, với sự có mặt của Szilárd, Wigner và Edward Teller. Ủy ban báo cáo lại với Roosevelt vào tháng 11 rằng urani "cung cấp nguồn năng lượng có thể chế tạo những trái bom với sức tàn phá lớn hơn rất nhiều bất cứ thứ gì từng biết đến."[2]

Briggs đề xuất rằng Ủy ban Nghiên cứu Quốc phòng Quốc gia (NDRC) chi 167 nghìn đô la vào nghiên cứu urani, đặc biệt là đồng vị urani-235, cũng như vào plutoni mới được phát hiện trước đó.[3] Vào ngày 28 tháng 6 năm 1941, Roosevelt ký Sắc lệnh 8807, lập nên Văn phòng Nghiên cứu Khoa học và Phát triển (OSRD),[4] với Vannevar Bush làm giám đốc. Văn phòng được trao quyền tham gia vào các dự án kỹ thuật lớn bên cạnh việc nghiên cứu.[3] NDRC trở thành Ủy ban S-1 Urani trực thuộc OSRD; từ "urani" sớm bị loại bỏ (chỉ còn là Ủy ban S-1) vì các lý do an ninh.[5]

Ở Anh, Otto Frisch và Rudolf Peierls tại Đại học Birmingham có một bước đột phá khi nghiên cứu khối lượng tới hạn của urani-235 vào tháng 6 năm 1939.[6] Tính toán của họ chỉ ra rằng khối lượng này nằm trong một bậc độ lớn cỡ 10 kg, đủ nhỏ để chứa trong một máy bay ném bom đương thời.[7] Giác thư Frisch–Peierls tháng 3 năm 1940 của họ khởi đầu cho dự án bom nguyên tử của Anh với việc thành lập Ủy ban Maud,[8] cơ quan đã nhất trí khuyến nghị việc theo đuổi phát triển một quả bom nguyên tử.[7] Một trong các thành viên của nó, nhà vật lý Úc Mark Oliphant, bay tới Hoa Kỳ cuối tháng 8 năm 1941 và nhận thấy dữ liệu Ủy ban Maud cung cấp không đến tay các nhà vật lý Hoa Kỳ chủ chốt. Oliphant quyết định tìm ra tại sao những phát hiện của ủy ban dường như bị phớt lờ. Ông gặp Ủy ban Urani, rồi tới thăm Berkeley, California, nơi ông thuyết phục thành công Ernest Lawrence. Bị ấn tượng, Lawrence bắt tay vào nghiên cứu urani, và nói chuyện với James B. Conant, Arthur Compton và George Pegram.[9][10]

Tại một cuộc họp giữa Tổng thống Roosevelt, Vannevar Bush, và phó Tổng thống Henry A. Wallace ngày 9 tháng 10 năm 1941, Tổng thống phê chuẩn chương trình nguyên tử. Để kiểm soát nó, ông tạo nên Nhóm Chính sách Cao cấp bao gồm chính ông-mặc dù ông không bao giờ tham dự một buổi họp nào-Wallace, Bush, Conant, Bộ trưởng Chiến tranh Henry L. Stimson, và Tham mưu trưởng Lục quân Mỹ, Đại tướng George Marshall. Roosevelt chọn Lục quân để tiến hành dự án thay vì Hải quân, bởi vì Lục quân có nhiều kinh nghiệm nhất trong việc quản lý các dự án xây dựng đại quy mô. Ông cũng đồng ý phối hợp các nỗ lực của người Anh và vào ngày 11 tháng 10 ông gửi một tin nhắn tới Thủ tướng Winston Churchill, đề xuất rằng họ cần liên lạc về vấn đề nguyên tử.[11]