1938, im gleichen Jahr, in dem Hitler seine Truppen in Österreich einmarschieren lässt, beobachten deutsche Wissenschaftler das Phänomen der Uran-Kernspaltung und nähern sich damit dem Geheimnis der Atombombe. Befürchtungen, die Wissenschaftler des "Dritten Reiches" könnten eine Waffe von noch nie da gewesener Zerstörungskraft entwickeln, lassen die Vereinigten Staaten und England aktiv werden. Im September 1942 beginnt unter dem Codenamen "Manhattan Engineer District" eines der größten militärwissenschaftlichen Geheimprojekte der Geschichte, das zum Bau der ersten Atombombe führen soll.
Im Dezember des selben Jahres gelingt es dem italienischen Physiker und Nobelpreisträger Enrico Fermi, die erste sich selbst erhaltende Kettenreaktion in Gang zu setzen.

Damit ist der Weg frei für die Produktion von nuklearem Brennstoff: Uran 235 und Plutonium. Die erste Atombombe wird unter der Leitung von Robert Oppenheimer in Los Alamos zusammengebaut, dem geheimen Waffenlabor des Manhattan-Projekts. Ein erster Atombombentest in der Wüste New Mexicos ist nicht nur erfolgreich, die Sprengkraft der "Trinity"-Bombe übertrifft die Erwartungen der Wissenschaftler um ein Vielfaches.
Im August 1945 wird die Bombe zum ersten und bislang zum einzigen Mal eingesetzt: Zwei Bomben vernichten die japanischen Städte Hiroshima und Nagasaki. Mehrere hunderttausend Menschen finden den Tod. Noch Jahre später sterben viele an den Folgen der radioaktiven Verseuchung. Schon bald bauen die Vereinigten Staaten unter Hochdruck ihr Nuklearwaffenarsenal aus.
Am 29. August 1949 zündet die damalige Sowjetunion ihre erste Atombombe - fünf Jahre früher, als es westliche Wissenschaftler prophezeit hatten. Der Grund: Der deutschstämmige Physiker Klaus Fuchs, einer der Wissenschaftler des Manhattan-Projekts, hatte die Pläne der Atombombe an die Sowjets verraten. Mit dem Auftauchen eines nuklearen Konkurrenten intensivieren die USA ihr Atomtestprogramm. Waren nach "Trinity" alle Versuche im Pazifik auf dem Bikini- und dem Eniwetok-Atoll durchgeführt worden, so wurde jetzt auch ein Testgebiet im Festlandgebiet der USA, in Nevada, eröffnet.
Der Rüstungswettlauf erhält eine neue Qualität, als die Amerikaner am 31. Oktober 1952 die erste Wasserstoffbombe zünden. Die Sowjetunion sollte wenige Jahre später folgen. Wasserstoffbomben, so genannte thermonukleare Waffen, verwenden die schweren Wasserstoffisotope Tritium und Deuterium als Brennstoff. Ihre Energie wird nicht durch die Spaltung schwerer Elemente frei wie bei der Atombombe, sondern durch die Verschmelzung leichter Elemente zu Helium. Wasserstoffbomben entwickeln eine Sprengkraft, die um den Faktor Hundert größer sein kann als die einer Atombombe.
Aber nicht nur die Sprengkraft der neuen Waffen ist immens: auch der radioaktive "Fallout", den sie verursachen, ist verheerend. Die weltweite Kritik an den atmosphärischen Nukleartests nimmt dramatisch zu. Schließlich können sich 1963 die Vereinigten Staaten und die Sowjetunion trotz Kaltem Krieg zum "Partiellen Teststopvertrag" durchringen. Dieser Vertrag lässt lediglich die Durchführung unterirdischer Nukleartests zu.