Projek Manhattan merupakan satu projek penyelidikan dan pembangunan yang telah menghasilkan bom-bom atom pertama di dunia ketika Perang Dunia Kedua. Ia telah diketuai oleh Amerika Syarikat dengan sokongan United Kingdom dan Kanada. Dari 1942 hingga 1946, projek ini berada di bawah kendalian Mejar Jeneral Leslie Groves dari Kor Jurutera Tentera Darat Amerika Syarikat. Komponen-komponen bagi kegunaan ketenteraan dalam projek ini diberi kod nama Daerah Manhattan. Secara perlahan-lahan nama "Manhattan" kemudian menggantikan nama kod rasmi projek ini iaitu "Pembangunan Bahan-bahan Gantian" bagi keseluruhan projek. Semasa pembangunannya, pada awalnya kos projek ini ditanggung oleh Tube Alloys, sebuah rakan kongsi dari Britain. Projek Manhattan bermula secara sederhana pada tahun 1939, tetapi meningkat kepada 130,000 orang pekerja dan memakan belanja hampir AS$2 bilion (kira-kira AS$26 bilion atau RM85 bilion mengikut nilai mata wang pada tahun 2013). Kira-kira 90% kos tersebut digunakan untuk membina kilang dan menghasilkan bahan-bahan boleh belah (fissionable materials), dan kurang daripada 10% adalah untuk penyelidikan dan pembangunan senjata-senjata. Kajian dan penghasilan dijalankan di lebih 30 lokasi di Amerika Syarikat, United Kingdom dan Kanada.Dua jenis bom atom telah dihasilkan ketika perang. Senjata pembelahan jenis senjata api telah dihasilkan dengan uranium-235, sejenis isotop yang merangkumi hanya 0.7 peratus uranium semula jadi. Oleh kerana ia serupa secara kimia dengan isotop uranium yang paling biasa, uranium-238, dan mempunyai berat yang hampir sama, kedua-duanya sukar untuk diasingkan. Tiga kaedah telah digunakan untuk memperkaya uranium: kaedah elektromagnet, gas dan haba. Kebanyakan kerja dilakukan di Oak Ridge, Tennessee. Selari dengan usaha untuk menghasilkan uranium, terdapat juga usaha untuk menghasilkan plutonium. Reaktor-reaktor telah dibina di Oak Ridge dan Hanford, Washington, di mana uranium dikenakan radiasi dan diubah kepada plutonium. Plutonium ini kemudiannya diasingkan secara kimia daripada uranium. Reka bentuk jenis senjata api didapati tidak praktikal untuk digunakan dengan plutonium, jadi senjata jenis implosi yang lebih rumit telah dihasilkan dalam usaha reka bentuk dan pembinaan bersama sama di makmal penyelidikan dan pembangunan utama projek ini di Los Alamos, New Mexico.Projek ini juga ditugaskan untuk mengumpul maklumat risikan berkenaan projek tenaga nuklear Jerman. Melalui Operasi Alsos, kakitangan Projek Manhattan berkhidmat di Eropah, kadangkala di kawasan musuh, di mana mereka mengumpul bahan-bahan dan dokumen-dokumen tentang nuklear, dan menghimpunkan kesemua saintis Jerman.Senjata nuklear pertama yang pernah diletupkan merupakan bom jenis implosi dalam ujian Trinity yang dijalankan di Lapangan Bom dan Persenjataan Alamogordo pada 16 Julai 1945. Little Boy, senjata jenis senjata api, dan Fat Man jenis implosi masing-masing telah digunakan dalam pengeboman atom Hiroshima dan Nagasaki. Pada tahun-tahun sejurus selepas perang, Projek Manhattan menjalankan ujian senjata di Atol Bikini sebagai sebahagian daripada Operasi Crossroads, membangunkan senjata-senjata baru, mempromosikan pembangunan rangkaian makmal-makmal kebangsaan, menyokong kajian perubatan berkenaan radiologi dan meletakkan asas bagi tentera laut nuklear. Ia mengekalkan penguasaan ke atas penyelidikan dan pembangunan senjata-senjata atom Amerika sehingga penubuhan Suruhanjaya Tenaga Atom Amerika Syarikat pada Januari 1947.Projek Manhattan dijalankan dalam kawalan ketat, tetapi pengintip-pengintip atom Soviet masih berjaya menyusup ke dalam program itu.