曼哈顿计划（1942-1946），是第二次世界大战期间研发与制造原子弹的一项大型军事工程，由美国主导、英国与加拿大提供相关支援。
1941年12月7日，日本偷袭美国珍珠港，美国随即对日宣战，自此美国正式卷入第二次世界大战。此时，纳粹德国已经开始了德国核武器开发计划“铀计划”（德语：Uranprojekt），目的是制造出核武器并运用在二战之中。因此，包括阿尔伯特·爱因斯坦在内的一些美国及同盟国科学家提出要在纳粹德国之前研发出原子弹，该提议获得时任美国总统富兰克林·罗斯福的支持。
曼哈顿计划于1942年8月13日正式命名，雇用了超过13万人员，花费了将近20亿美金（相当于2018年230亿美金），超过90％的费用用于建造工厂和制造核裂变的原材料，用于制造和发展武器的部分仅占不到10％，此一工程在横跨美国、英国和加拿大三国的30多个城市中均有进行。
1945年7月12日，第一颗实验性原子弹开始最后的装配；7月16日，美国的第一颗原子弹在新墨西哥州的沙漠中试爆成功，史称“三位一体”核试验，爆炸当量大约21,000吨TNT炸弹。
1945年8月6日，美军向日本广岛投放名为“小男孩”的原子弹；8月9日，美军向日本长崎投掷名为“胖子”的原子弹。8月15日，日本宣告无条件投降，第二次世界大战结束。
第二次世界大战期间，美军实际研发出两种类型的原子弹：其中一种设计上较简单、使用铀235制成的“枪式”，另一种设计上较为复杂、使用钚元素制成的“内爆式”。其中小男孩采用前者的枪式设计，而胖子采用后者的内爆式设计。