自1938年德国科学家发现核裂变之后，包括日本在内的发达国家物理学家们很快就认识到了这一发现的军事意义。日本着名物理学家仁科芳雄在1939年就提出了将这一新发现进行军事应用的可能性。

    1940年，日本军方经过研究认为，制造原子弹是切实可行的。1941年5月，日本陆军大臣东条英机批准空军科技署的“制造铀弹报告”,指派仁科芳雄带领100多名学者开始进行原子弹的研制。这个计划以仁科芳雄名字的第一个字命名，称为“仁计划”.此外，日本海军在1942年也实施了核开发项目。这个项目以“原子裂变”的英文单词“fission”的首字母“F”命名，称为“F计划”.该计划由日本京都帝国大学提供支持，其负责人是另一名物理学家荒胜文策。

    1943年，仁科芳雄完成了原子弹的理论研究，但日本缺乏实验需要的铀原料。日本军方在日本和朝鲜各地寻找铀矿的同时，决定向自己的轴心国盟友--德国寻求帮助。

    当时，作为盟友，德国与日本之间存在合作关系。日本希望得到德国的新武器和新技术，德国则希望得到来自日本占领区的原材料和战略资源。不过，双方陆路交通是被阻断的，海路交通也因为受到盟国的猛烈打击而不安全，再加上两国都没有大型远程飞机，因此日德之间的核材料运输只得通过潜艇进行。1943年年末，德国派一艘潜艇运送一吨铀矿石前往日本，结果由于情报外泄，潜艇被埋伏在马六甲海峡的美军击沉。此后，日德之间一直寻求核交易，但因盟军渐渐掌握制海权而未遂。1945年5月德国投降时，曾经有一艘德军潜艇向美国投降，事后美军在这艘潜艇上查获560公斤准备运往日本用于其核武研发项目的铀氧化物。这些铀氧化物中含有3.5千克的铀235,是制造一颗原子弹所需核材料数量的1/5.

    失去外援的日本只能自己想办法。经过努力，日本军方终于在福岛附近找到铀矿。但是由于这个矿的品位不高，军方经过一年的提炼才获得少量用于实验的铀原料。

    尽管核计划受阻，但是日本并不是很担心。原来，日本在自己进行核计划的同时也紧密跟踪着其他发达国家的核计划进展，特别是美国和德国。日本曾经组织包括仁科芳雄和荒胜文策在内的多名物理学家组成“核物理成就利用委员会”对发展原子弹进行整体研究。该委员会估计制造一颗原子弹需要至少一吨铀235,这需要从几百吨铀矿石中提取，而分离出铀235的工程大约要消耗日本全年发电量的1/10和日本全国铜产量的1/2.基于这种估计，该委员会认为美国和德国也都没有多余的工业能力可以及时生产出原子弹用于战争。

    1945年4月，仁科芳雄在东京的实验室在美军轰炸中被毁，“仁计划”被迫中止。而此前荒胜文策领导的“F计划”也因为分离铀材料的加速器始终不合格而告终。

    1945年8月6日，广岛在核弹“小男孩”降临后成为一片废墟。仁科芳雄马上带人进行实地检测，随后向军方确认正是基于铀235的原子弹所为。此时，根据己方对生产铀235所需成本的计算，日方误判美国只有一颗原子弹。因此，疯狂的日本军方召集这些科学家们做最后的赌博：“一旦美军登陆，日本军队和民兵将不惜任何代价坚持6个月。如果你们能在此期间研制出原子弹，我们就可以把美军赶下大海。”但仁科芳雄哀叹：“不要说6个月，就是6年也不够。我们既无铀，又没电，什么也干不成。”至此，历史无情地宣告了“仁计划”的彻底破产。

    1945年8月9日，又一颗原子弹在长崎爆炸，日本意识到自己已经没有时间与盟军慢慢讨价还价了。仁科芳雄等人也到长崎进行了检测，结果发现这是一颗基于钚的原子弹，而这种技术日本并没有想到。

    1945年8月15日日本投降后，美国占领军发现了日本人的5个回旋加速器，它们可以被用来从普通铀矿中分离可裂变物质。美国将这5个回旋加速器弄碎后沉入了东京湾。