Прорыв в отношении работ связанных с ядерной бомбой произошел в марте 1940 года, когда Рудольф Пайерлс и Отто Фриш, работавшие в университете Бирмингема, 21 марта 1940 года составили меморандум «О конструкции супербомбы», основанной на цепной ядерной реакции в уране, где сформулировали ряд основополагающих вопросов.

Если вы имеете блок чистого урана-235, будет ли в нем развиваться цепная реакция на быстрых нейтронах? Если будет, то сколько урана-235 для этого потребуется? Каковы будут последствия такой цепной реакции? Каким образом можно выделить уран-235? На эти вопросы они предложили ответы, которые показали, что создание ядерной бомбы - вполне выполнимая задача.

Фриш и Пайерлс сделали вывод, что цепная реакция на быстрых нейтронах может развиться в куске металлического урана-235 весом в один килограмм, а разрушающий эффект от взрыва пятикилограммовой бомбы будет эквивалентен взрыву нескольких тысяч тонн динамита.

Они отметили, что на основе цепной реакции на медленных нейтронах нельзя создать эффективную бомбу, потому что уран разогревается и его тепловое расширение приведет к утечке нейтронов и тем самым к остановке реакции. Они предположили, что уран-235 может быть выделен методом термодиффузии, который кратко описали.

Меморандум Фриша - Пайерлса побудил британское правительство учредить комитет, который должен был исследовать возможность создания атомной бомбы. Этот комитет, известный как Комитет Мод, координировал решение проблемы атомной бомбы в Великобритании и представил свой доклад в июле 1941 года.

Британский историк Маргарет Гоуинг писала о меморандуме Фриша - Пайерлса, что поднятые в нем «вопросы сегодня могут казаться достаточно очевидными, но они не были такими в то время. В Америке они не были поставлены даже много месяцев спустя, пока британская работа не стала доступной американцам.

Немецкие физики, включая блестящего теоретика Гейзенберга, по-видимому, вообще ими не задавались». Прошло несколько месяцев, прежде чем эти же вопросы были сформулированы советскими физиками.