По химическим свойствам эти изотопы идентичны, но их наличие значительно усложняет физическую картину уран-нейтронного взаимодействия. В феврале 1939 года датский ученый Нильс Бор пришел к заключению, что медленными нейтронами делится только уран-235, а не основной изотоп урана — с атомным весом 238.

Советские ученые Харитон и Зельдович в том же году пришли к выводу, что условия, требуемые для цепной реакции, «не могут осуществиться в уране-238, будь то окись урана или чистый металлический уран». Но выход есть: «Достаточно повысить в уране концентрацию изотопа 235, чтобы реакция оказалась возможной».

Однако задача разделения изотопов или обогащение урана более легким компонентом казалась в то время трудноразрешимой. Химическим путем это сделать невозможно. Рассортировать же атомы, используя очень незначительную разницу в их массах, казалось почти фантастикой. А между тем, получение чистого урана-235 сразу решало бы проблему.

Американский ученый Поллард писал в 1942 году: «Если кому-нибудь удалось бы выделить несколько фунтов урана-235. .. это почти наверное привело бы к очень интересным результатам. Во многих местах сейчас пытаются получить разделенные изотопы урана в больших количествах. Если читатель проснется когда-нибудь утром и прочитает в утренней газете, что половина Соединенных Штатов за ночь была сметена в море, то он убедится в том, что где-то удалось добиться успеха в решении этой задачи».

Невозможность получения цепной реакции в природном уране объясняется не только малым относительным содержанием делящегося изотопа — всего 0,7 %. Дело оказалось гораздо сложнее.

Наибольшую вероятность вызвать деление ядра урана-235 имеют медленные нейтроны с тепловыми скоростями. А в самом акте деления рождаются два с половиной быстрых нейтрона, имеющих скорости в сотни и тысячи раз выше.