Maďarský fyzik Leo Szilárd v roku 1933 prišiel s myšlienku, že pri bombardovaní jadier nestabilných izotopov neutrónmi, ak by jeden neutrón vyrazil z jadrá 2 neutróny a jeho hmotnostné číslo by sa zmenilo o 1. Vznikol by ľahší izotop a časť energie by sa vyžiarila. Keďže uvoľnené neutróny zasiahnu ďalšie dve jadrá, tým vzniká reťazovú reakciu na úrovni jadier izotopov, uvoľňujú sa systémom 1+2+4+16. Jeho pokusy s beríliom a indiom zlyhali. Až po objavení štiepenia jadier v roku 1938 si Szilárd uvedomil, že je možné využiť neutróny na štiepenie jadier, ktoré indukujú ďalšie neutróny. V roku 1939 Szilárd a Fermi pozoroval pri bombardovaní uránu 235U pomalými neutrónmi, že počet neutrónov ktoré vyžaroval urán bol väčší ako počet neutrónov, ktoré reakciu vyvolali a ich energia bola vyššia ako energia pomalých neutrónov. Fermi vypočítal na základe týchto pokusov tzv. kritický stav pre jadrovú reakciu. Kritický stav nastáva vtedy keď je dosť neutrónov na udržanie reťazovej reakcie a pri podkritickom stave sa reťazová reakcia zastavuje. Pri nadkritickom stave prebehne reťazová reakcia lavínovite. Z týchto výsledkov určil aj nadkritické množstvo ránu 235U. Nadkritické množstvo udáva minimálnu hmotnosť gule pri danom priemere štiepného materiálu, tak aby bola hustota neutronov dostatočná na spustenie lavínovej reťazovej reakcie. Znamená to, že musíme stlačiť guľu zo štiepneho materiálu tak aby v danom priestore bol dostatok neutrónov na spustenie lavínovej reťazovej reakcie. Pre urán 235U vypočítal hmotnosť gule 48kg pri polomere 18cm. Pri lavínovej reťazovej reakcii neutróny majú vysokú kinetickú energiu, neviažu sa do jadier ale jadrá rozbíjajú na stabilné fragnenty a neutróny. Pri tom sa vyžaruje z jadier alfa žiarenie a silné gama žiarenie. Beta žiarenie vzniká z uvoľnených elektrónov. Pri ožarovaní vzorky uránu 235U pomalými neutrónmi sa uvoľňujú neutróny s vyššou energiou. Keby sme tieto neutróny spomalili a ožarovali nimi druhú vzorku tak tie neutróny budú uvoľňovať neutróny s druhej vzorky. Môžeme zdroj neutrónov odstaviť, pretože sa vzorky navzájom odstreľujú neutrónmi tak, že medzi sebou vyvolávajú reťazovú reakciu. Na spomalenie môžeme použiť hmotu kde atómy sú dosť husté a stabilné. Vyhovuje tomu napr. uhlík vo forme grafitu, voda a ťažká voda pod vysokým tlakom. To je princíp jadrového reaktora. Nemecký vedci zistili pri pokusoch s ožarovaním prírodného uránu, že keď dlhšie ožarovali prírodný urán ktorý tvorí až 99,3% uránu 238U začal sa urán zohrievať, vyžaroval silné beta žiarenie a neutróny ktoré mali silnejšiu energiu ako pri uráne 235U. Z toho predpovedali, že vzniká pri hustom odstreľovaní uránu 238U nový štiepiteľný prvok, ktorý má lepšie vlastnosti ako 235U. Na spomalenie neutrónov pri 238U je potrebný moderátor kde sa budú neutróny od jadier odrážať, budú rezonovať. Vyhovuje tomu grafit alebo ťažká voda. Pre spomalenie neutrónov pri uráne 235U je potrebný moderátor ktorý viac neutróny zabrzdí, vyhovuje tomu obyčajná čistá demineralizovaná voda pod vysokým tlakom. Pri vysokom tlaku voda nevrie.
Fermi spolupracoval zo začiatku aj s nemeckými vedcami, bol členom fašistickej strany v Taliansku ale ženu mal židovku. Na protest proti prenasledovaniu židov odišiel zo strany a odsťahoval sa do USA. Zaujímavá skutočnosť bola, že židovský fyzici Lise Meitnerová a Leo Szilárd poskytli návod nemeckým vedcom, spojeným okolo Heisenberga na vytvorenie atómovej bomby. Na odskúšanie reťazovej reakcie sa musel vyrobiť reaktor aby sa ukázalo či to prakticky bude aj fungovať a podľa toho vypočítať ostatné konštrukčné veci na výrobu atómovej bomby. Pretože prírodný urán obsahuje až 99,3% 238U bol lacný a bolo ho dosť, tak dali prednosť reaktoru s prírodným uránom. Ako moderátor chceli použiť grafit ale reakcia sa neuskutočnila, preto chceli vyskúšať ako moderátor ťažkú vodu, tej však mali málo a ťažká voda je veľmi drahá.