在整个第二次世界大战期间，日本军方最早认识到原子弹的价值的是安田武雄少将，他毕业于日本东京大学，在20世纪40年代初担任陆军航空技术研究所所长，后来任帝国陆军航空兵参谋长。作为日本最顶尖高等学府东京大学的毕业生，安田武雄很自然地十分关注国外在军事方面的最新科技进展情况，自然也注意到了核裂变领域的发展。1940年4月，在得知核裂变具有极大的军事潜力后，安田武雄专门向他的老师，东京大学最著名物理学教授嵯峨良吉请教这一问题。嵯峨良吉曾到过美国，结识了一些美国的物理学家，对核物理的最新发展比较了解。在安田武雄的要求下，嵯峨良吉以书面的意见指出，核物理的最新成就在军事领域潜力巨大。安田随即将这份意见书转交给日本陆军大臣东条英机，东条见到这个书面意见后，立即指示组织专家来深入研究这个问题。1941年5月，安田武雄要求日本物理化学研究所讨论研制铀弹的可能性，这一可行性研究由日本著名的核物理学家仁科芳雄教授负责。

仁科教授在东京的实验室制造了一台小型回旋加速器，不久就根据美国物理学家欧内斯特·劳伦斯提供的设计图纸建造了一台大型加速器。这个实验室很快吸引了100位日本青年科技人员投入到这项研究中。头两年，他们基本致力于理论计算，比较各种区分铀同位素的方法和寻找铀矿。

就在日本陆军开始进行核研究的同时，日本海军于1942年也开始了原子弹的研究工作。海军认为，研究核物理已经是一项重要任务。美国在这方面的研究由于一些犹太科学家的帮助，已经取得很大的进展。海军的研究目标是通过核分裂取得能量，为舰船和大型机械提供可靠而巨大的动力源。为此，海军技术研究所成立了一个核物理成就利用委员会，追踪国外的研究进展情况。委员会成员有日本第一流的物理学家嵯峨良吉、荒胜文策、菊田正四等，海军也找到了仁科芳雄来担任委员会主席。

至1943年3月，委员会相继召开了10次讨论会。委员会估计制造一颗原子弹需要几百吨铀矿石，分离出铀235大约要消耗日本全年发电量的1/10和全国铜产量的1/2。最后，委员会得出的结论是制造原子弹在理论上可行，但至少需要10年左右时间以及大量的资源。委员会还认为美国和德国都没有多余的工业能力可以及时生产出原子弹用于战争。在确信核物理研究在短期内不能取得任何成果后，海军便下令解散了这个委员会。

但是日本陆军并未放弃，陆军随后启动了通过气体扩散法分离铀235的实验项目。仁科芳雄继续为陆军研制原子弹，他的计划和美国“曼哈顿工程”十分类似，武器设计开发与生产铀235同时进行。只是两国的国力相差悬殊，美国为曼哈顿工程投入了20亿美元，而日本给核计划的研究经费总共只有几百万美元。1943年5月，仁科向陆军航空兵司令部递交了一份报告，指出制造原子弹在技术上是可行的。随后，安田武雄把这份报告转呈给已经成为首相的东条英机。

东条英机审阅了仁科的报告后，马上指示陆军航空兵司令部总务课长华岛，凡是计划所需的资金、材料、人力都要优先拨发。陆军航空兵司令部以仁科报告为基础批准了一个秘密计划，代号为“仁方案”，以负责人仁科芳雄的名字第一个音节命名。

仁科芳雄对总务课长华岛说：“人，我们已经有了，主要困难是铀，希望军队帮助我们搞到铀。”从1943年夏季起，华岛派了一批又一批人跑遍了日本列岛和朝鲜半岛各个著名的矿产地，带回了各种矿石标本，但都不含铀，而“仁方案”迫切需要氧化铀用来实验。于是，日本决定向盟友德国求助。1943年年末，德国派一艘潜艇运送一吨铀矿石前往日本，结果由于密码被美国破译，这艘潜艇在马六甲海峡被美军击沉。此后，德国在苏德战场连连失利，已是自身难保，再也无暇顾及日本了。

1943年秋，在认识到战争形势对日本越发不利后，日本海军再次恢复了核计划，开始与京都大学联合实施“F计划”，F为“核裂变”（fission)的首个英文字母。该计划由日本著名核物理学家荒胜文策领导实施，他计划通过高性能离心分离机制造铀235。但是，巨大的技术难题和铀矿石供应量过少导致该计划也未能获得成功。最终，荒胜文策不得不承认，他的离心分离机远远达不到要求，因此“F计划”也宣告失败。

由于客观条件的制约，“仁方案”从开始执行到1944年7月东条内阁垮台，一直处于实验室研究阶段。随着战局的恶化，原子弹的研究也更快了研究进度。从1944年秋开始，“仁方案”组开始了分离铀同位素的试验。直到1945年年初，“仁方案”组先后进行了6次分离试验，但都以失败告终。

1945年3月，随着盟军在太平洋上逐渐取得优势。美军的远程轰炸机B-29开始空袭日本城市。此时，“仁方案”组也在抓紧时间工作，分离铀235的试验渐渐出现成功的迹象。“仁方案”组许多成员都欣喜若狂，但仁科芳雄并不乐观。他很清楚，为了得到一枚原子弹所需要的铀，需要庞大的技术设备和足够的铀矿石，而这些随着日本战局的恶化已经很难实现。

4月13日，美国空军大规模轰炸东京。航空技术研究所49号楼被炸毁，里面的“仁方案”实验室和铀同位素分离器都被炸毁。至此，“仁方案”组已经无法继续研究。

7月22日，“仁方案”组里的几位物理学家与海军代表举行会议。这些科学家向海军将领说：“从理论上，制造原子弹是可能的，但根据各方面的情况，要想在当前的这场战争中使用原子弹，谁也办不到。”而就在6天前的7月16日上午5时24分，美国在新墨西哥州阿拉莫戈多的“三一”试验场内30米高的铁塔上，进行了人类有史以来的第一次核试验。“小玩意儿”钚装药重6.1千克，梯恩梯当量2.2万吨，试验中由于核爆炸产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑。核爆炸腾起的烟尘若垂天之云，极为恐怖。在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡。这颗原子弹的威力，要比科学家们原估计的大出了近20倍。只是消息被严密封锁、日本不知道罢了。

8月6日，广岛遭到美国原子弹袭击，成为一片废墟。仁科芳雄马上带人到广岛进行检测，随后向军方确认正是原子弹爆炸。几近疯狂的日本军方对这些核物理科学家们说：“一旦美军登陆，日本军队将不惜任何代价坚持6个月。如果你们能在这个期间研制出原子弹，我们就可以把美军赶下大海。”

仁科芳雄长叹一声说：“不要说6个月，就是6年也不够。我们既无铀，又没电，什么也干不成。’“

仁方案”彻底破产后，日本军方下令在战争结束时销毁所有研制原子弹的文件，以欺骗世界人民，减轻侵略战争的罪责。出于这种企图，战后外界很少有人知道日本在第二次世界大战期间研制过原子弹。