吳健雄到達(dá)美國加州舊金山，原本計劃一周后就繼續(xù)東行，到密執(zhí)安大學(xué)去入學(xué)，不料這一停留，竟使她改變計劃安排，在加州大學(xué)伯克利分校留了下來。

伯克利分校當(dāng)時聚集了一批年輕而又具頂尖水準(zhǔn)的物理學(xué)家，如發(fā)明和建造回旋加速器的勞倫斯，還有后來被稱為“原子彈之父”的理論物理學(xué)家奧本海默。吳健雄在伯克利的表現(xiàn)是出類拔萃的，她的勤奮與聰慧讓人刮目相看。1940年吳健雄順利通過博士論文答辯。先后任教于美國史密斯學(xué)院、普林斯頓大學(xué)。

1942年6月，一個被稱為“曼哈頓”的原子彈制造計劃正式開始。這個在美國開始并改變?nèi)祟悮v史的科學(xué)計劃，集合了當(dāng)時同盟國許多第一流的科學(xué)家。在這些投身計劃的科學(xué)精英中，也有一位杰出的中國物理學(xué)家，那就是吳健雄。1944年3月開始，吳健雄進(jìn)入哥倫比亞大學(xué)任資深科學(xué)家，并且獲特殊的保密許可，以一個外國人的身份，參加當(dāng)時美國最高機(jī)密的、制造原子彈的“曼哈頓計劃”。

一個初到美國不過幾年，不具備美國國籍的中國人，憑什么得到特殊的保密許可，參加如此機(jī)密的一個國防科學(xué)計劃的核心工作？

原來，吳健雄在原子核物理研究上，一開始便有極其重要的成就。

吳健雄曾經(jīng)獨(dú)立地在鈾原子核分裂產(chǎn)物碘中，觀察并且確定出兩種放射性惰性氣體氙的半衰期、放射數(shù)量和同位素數(shù)量。吳健雄的工作使得由東岸回來的西格里大為激賞，認(rèn)為她已經(jīng)是可以獨(dú)立做出一流工作的實驗物理學(xué)家。

奧本海默對于吳健雄在核分裂方面的深刻認(rèn)識，也十分清楚，每次開會討論核分裂及原子彈相關(guān)問題時，他總是會說：“去叫吳小姐來參加，她知道所有關(guān)于中子吸收截面的知識。”

吳健雄的加入，她關(guān)于鈾原子核分裂后產(chǎn)生的氙氣對中子吸收橫截面的研究成果，對于“曼哈頓計劃”的順利進(jìn)展，產(chǎn)生了相當(dāng)大的推動作用。

1945年7月16日，在新墨西哥州的一個沙漠中，人類第一顆原子彈試爆成功。它驚人的威力，使人目盲的閃光和巨大的蘑菇狀云層，象征一個新時代的降臨。三個星期后，投在日本廣島和長崎的兩顆原子彈，終于促成了二次世界大戰(zhàn)的結(jié)束。

有人認(rèn)為，吳健雄對“曼哈頓計劃”的貢獻(xiàn)，對中國有著難以估量的重大貢獻(xiàn)。因為，日本的提早投降，使得中國戰(zhàn)場上少犧牲了不計其數(shù)的中國人。