Atom
Kemajuan lebih jauh pada pemahaman mengenai atom dimulai dengan berkembangnya ilmu kimia. Pada tahun 1661, Robert Boyle mempublikasikan buku "The Sceptical Chymist" yang berargumen bahwa materi-materi di dunia ini terdiri dari berbagai kombinasi ""corpuscules"", yaitu atom-atom yang berbeda. Hal ini berbeda dengan pandangan klasik yang berpendapat bahwa materi terdiri dari unsur-unsur udara, tanah, api, dan air. Pada tahun 1789, istilah "element" ("unsur") didefinisikan oleh seorang bangsawan dan peneliti Perancis, Antoine Lavoisier, sebagai bahan dasar yang tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi dengan menggunakan metode-metode kimia.
Pada tahun 1803, John Dalton menggunakan konsep atom untuk menjelaskan mengapa unsur-unsur selalu bereaksi dalam perbandingan yang bulat dan tetap, serta mengapa gas-gas tertentu lebih larut dalam air dibandingkan dengan gas-gas lainnya. Ia mengajukan pendapat bahwa setiap unsur mengandung atom-atom tunggal unik, dan atom-atom tersebut selanjutnya dapat bergabung untuk membentuk senyawa-senyawa kimia.
Proyek bom atom Soviet
Penelitian berpengaruh terhadap kemajuan fisika nuklir dipandu oleh Abram Ioffe yang merupakan direktur di Institut Teknik Fisik Leningrad (Leningrad Physical-Technical Institute [LPTI]), setelah mensponsori berbagai program penelitian di berbagai sekolah teknik di Uni Soviet. Penemuan neutron oleh fisikawan Inggris, James Chadwick lebih lanjut menyodorkan ekspansi menjanjikan program LPTI, dengan operasi pertama siklotron untuk energi lebih dari 1 MeV, dan "pembelaham" inti atom pertama oleh John Cockcroft dan Ernest Walton. Fisikawan Rusia mulai mendorong pemerintah dengan lobi dan kepentingan pengembangan sains di Uni Soviet, yang kemudian menarik sedikit karena gejolak selama revolusi Rusia dan Revolusi Februari. Penelitian sebelumnya diarahkan ke eksplorasi medis dan ilmiah Radium yang bisa diambil dari air sumur bor dari ladang minyak Ukhta.