1945年8月初，第二次世界大战进行到了尾声。为了促使日本尽快投降，8月6日和9日，美国将两颗原子弹分别投到了日本的广岛和长崎。8月14日，日本政府宣布无条件投降。
原子弹在日本的爆炸，虽然加速了日本投降的进程，但也造成了大量平民的无辜伤亡。这个结果，与科学家研究利用原子能的初衷背道而驰。科学家的本来目标是为人类寻求一种新的能源，而由于第二次世界大战的需要，人类首次对原子能的使用却是制造出了屠杀人类自己的毁灭性武器。
19世纪初，居里夫妇发现了放射性元素一一镭；卢瑟福发现了放射性元素的核蜕变能够释放出能量。1932年，卢瑟福的学生查德威克发现了中子，而中子不需要很高的能量就能够打入原子核，引起核反应。1934年，法国物理学家约里奥·居里夫妇宣布，他们发现用阿耳法粒子轰击铝、硼等物质可以产生人工放射性物质。意大利科学家费米利用这个成果，用中子生产人工放射物质。他在1935年获得了两个重大的发现：第一，在中子轰击铀的产物中，可能有一个地球上不存在的新元素；第二，用慢中子实现核反应成为可能。1938年，德国科学家哈恩和斯特拉斯曼对中子轰击铀以后的产物进行分析，发现铀原子核在中子的轰击下会分裂为两半。犹太科学家梅特纳小姐对这个发现做了分析，他发现裂变后，铀的总质量比裂变前的要小，即有一部分铀的质量消失了。根据相对论，消失的质量转变成了能量，即每裂变一个原子就可以释放出大约两亿电子伏的能量。
这种“裂变反应”的观点立即震惊了世界科学界。因为，它说明铀分裂时可以放出两个中子，而这两个中子又可能引起两个铀核分裂。于是，从1个铀核裂变就能够引起更多个铀核裂变。这样一种链式反应将释放出无比巨大的能量。
由于铀裂变的发现，人类找到了释放原子能的途径——通过链式反应，不断提供核分裂所需要的大量中子。所以，在第二次世界大战即将全面爆发的情况下，不少科学家就意识到，可以利用核裂变的原理制造出空前破坏力的原子弹。
1939年夏，德国科学家开始讨论利用原子能的问题。移居美国的西拉德等科学家，得知这个消息后非常担忧。他决定促使美国注意德国可能研制成原子弹的问题。
西拉德阐述了研制原子弹对美国安全的重要性，得到罗斯福总统的支持。
从1940年起，美国和英国都开始了研制原子弹的工作。1941年底，美国调动大批科技人员投入到原子弹的研制工作上来。
1942年，英国和加拿大的科学家也来到美国一起参加研制工作。1942年8月，美国制定了研制原子弹的“曼哈顿工程计划”。1942年12月，在物理学家费米领导下，美国建成了世界上第一个实验型石墨反应堆，并首次实现了对链式反应的人工控制，这标志着人类利用原子能时代的开始。
1945年7月16日，一颗安装在铁塔上的试验原子弹终于爆炸了。一团巨大的火球陡然升起，然后是蘑菇云、震耳的轰鸣和耀眼的光芒，真是天崩地裂！看到自己亲手释放出来的魔鬼要比想象出来的还要可怕百倍，在场的所有科学家都被惊呆了。科学家制造出了如此威力无比的杀人武器。几乎所有的科学家都反对使用原子弹，但在8月6日和9日，美国还是将当时仅有的两颗原子弹投到了日本的广岛和长崎。
原子弹的出现对世界和平构成了极大的威胁，有人把原子弹称为是核发展时代的“私生子”。不过，军事核技术的发展和军用核工业体系的形成，为民用核动力技术准备了条件。
1952年，苏联和美国同时建成了核反应堆。同年6月，苏联的原子能发电站开始运转供电。1956年10月，英国第一号原子能发电站开始运转。1957年，美国的第一座核电站建成发电。此后，不少国家开始积极建设核电站，用原子能代替煤发电。核电站迅速发展起来。目前，全世界已有30多个国家或地区建立了数百座核电站。
核电站的建立标志着人类对能源的利用已经进入到了原子能时代。当然，人类对原子能的和平利用还仅仅是开始，随着科学技术的进步，原子能的利用将会出现更加广阔的前景。