После открытия нейтрона физики получили в свое распоряжение частицу, способную, ввиду отсутствия заряда, проникать в любые, в том числе и тяжелые, ядра. Исследования воздействия нейтронов на ядра, главным образом тяжелых элементов, велись в широких масштабах. Итальянский физик Э. Ферми в 1934 году начинает опыты по бомбардировке различных ядер нейтронами и получает радиоактивные изотопы. В ходе этих исследований он делает важное открытие: эффективность воздействия нейтронов значительно увеличивается, если между источником нейтронов и облучаемым веществом поместить замедлитель нейтронов.
Облучая нейтронами уран, Ферми получает трансурановые элементы: нептуний и плутоний. Вскоре после сообщения Ферми о трансурановых элементах, немецкая исследовательница Ида Ноддак опубликовала в Химическом журнале статью, в которой выдвинула смелую гипотезу о том, что под действием нейтрона ядро урана может разделиться на несколько больших осколков, которые не являются соседями урана в таблице Менделеева. Однако, эта идея показалась неправдоподобной, Ферми счел предположение Ноддак абсурдным. В 1938 году Ирен Кюри вместе с югославом Павлом Савичем заметила, что в уране, облученном нейтронами, присутствует лантан, элемент с массовым числом А=139.
В том же году эти опыты были повторены немецким учены Отто Ганом и Фрицем Штрассманом. Статья Гана и Штрассмана была опубликована в январе 1939 года под заглавием "О доказательстве возникновения щелочноземельных металлов при облучении урана нейтронами и их свойствах". Еще до опубликования статьи Ган прислал своей бывшей сотруднице Лизе Мейтнер письмо с изложением своих результатов. Мейтнер, будучи еврейкой немецкого происхождения, эмигрировала после захвата Австрии Гитлером в Стокгольм. В это время к ней на рождественские каникулы приехал ее племянник Отто Фриш, работавший раньше в институте кайзера Вильгельма и эмигрировавший в Данию. Фриш и Мейтнер объяснили результаты Гана и Штрассмана: при попадании нейтрона ядро урана делится на два осколка, приобретающие под действием электростатического отталкивания энергию около 200 МэВ, что как раз составляло энергию, связанную с дефектом массы.
16 января 1939 года они опубликовали статью, в которой впервые был употреблен термин "деление". Чрезвычайную важность этого нового тип ядерной реакции сразу понял Фредерик Жолио-Кюри. 8 марта 1939 года он опубликовал заметку, в которой сообщил о испускании нейтронов при делении ядра урана. Теперь встал со всей силой вопрос о цепной реакции деления и о возможности получения оружия фантастически огромной разрушительной силы: 1 сентября 1939 года нападением нацистской Германии на Польшу началась Вторая мировая война.