圣诞节左右，她在哥德堡附近的避居地康盖岛收到了哈恩寄来的一篇论文的副本，哈恩急迫地希望听听迈特纳对他的新近实验结果的意见。圣诞节前，哈恩和同事弗里茨·斯特拉斯曼在中子轰击铀的实验过程中，成功使铀核分裂为两部分，但哈恩对结果并无十分把握，也没有找到适用于“铀核在中子作用下成为两个较轻原子”现象的物理学解释。他把论文投入邮筒，但又差点恨不得“将论文从邮筒里抽回来”，强烈的愿望是：“要是迈特纳在就好了！”收到论文的迈特纳立即与她的外甥、物理学家奥托·弗里施展开讨论，经过数日冥思苦想，灵感在一次林中散步时被激发。他们用玻尔的“液滴模型”对铀核被“劈开”现象进行解释，称之为核“裂变”。他们在探讨后发现，除了铀分裂出新元素外，更惊人的发现是铀在分裂过程中所释放的高能量，这意味着从原子核裂变中获得巨大能量的概念已获得实验室验证。玻尔在哥本哈根听到这个结论后感叹：“我们都是些怎样的傻瓜啊！事情就是如此，简直妙不可言！”
由于这项划时代的科学成果，在德国，关于原子能的军事应用的研究立刻开始了。1939年4月，哥廷根大学教授格奥尔格·约斯致信帝国教育部部长，指出开发使用核能量可能性的结果和核爆炸概念。教育部部长恩哈特·鲁斯特做出了官方反应，很快成立了“铀俱乐部”。汉堡大学教授保罗·哈特克也在呈送德国国防军最高统帅部的信函中，指出研发核炸弹的可能性。军方对核裂变发现所蕴含的重要意义有非同一般的认识，陆军军械局局长、出色的军事技术专家卡尔·贝克尔将铀研究归军械局统筹安排，威廉皇帝物理研究所被定位为核心研究基地。1939年，全世界只有德国一家在进行原子能的军事应用项目，德国科学家在铀研究领域处于优势地位。德国占领着世界上最大的铀矿约阿希姆斯塔勒（在捷克斯洛伐克），有世界上最强大的化学工业，仍然拥有世界上最好的科学家，奥托·哈恩和弗里兹·斯特拉斯曼都还在德国。德国还有海德堡威廉皇帝医学研究所所长瓦尔特·博特（1954年获诺贝尔物理学奖）、柏林工科大学教授汉斯·盖格（盖格技术管发明者）、汉堡大学教授保罗·哈特克、维也纳大学第二物理研究所所长格奥尔格·施泰特（奥地利原子物理学领军人物）、生理化学家卡尔-弗里德里希·邦赫费尔（德国最早转向重水研究的科学家）、威廉皇帝物理研究所的卡尔·弗里德里希·冯·魏茨泽克（恒星能源机理和太阳系起源星云漩涡说的提出者）、威廉皇帝化学研究所的约瑟夫·马陶赫（作为迈特纳替代者加入哈恩实验室）……当然，他们还有海森堡，20世纪最伟大的物理学家之一，海森堡是这个计划的总负责人。海森堡因其对德国的热爱而留在德国。1941年，他被任命为柏林大学物理学教授和凯泽·威廉皇家物理所所长，成为德国研制原子弹核武器的领导人，与哈恩一起研制核反应堆。在这个“铀俱乐部”之外，还存在着分别属于军方和帝国邮政部的、在极其保密的状态下分散从事核物理研究的科学家，他们基本不与海森堡的人发生横向联系。“铀项目”其实在工程启动之初，存在着“铀俱乐部”学院派群体、三军“戎装科学家”和“天马行空”的研究者的不同群体，后来便一直贯穿着对短缺资源和优先权的争夺。
此时，波兰华沙被德军破城在即，英国、法国对德国宣战。1940至1941年，第三帝国坐拥欧洲霸主，“铀项目”也沉浸在奋发繁荣、充满憧憬的氛围中。1939年12月和1940年2月，海森堡先后向陆军军械局呈交了两份《关于通过铀核变获得工业能的可能性》的研究报告。另两位德国科学家，冯·魏茨泽克和豪特斯曼，在此期间也不约而同地完成了两份意义非凡的研究报告。魏茨泽克在《从铀-238获取能量的可能性》报告中从理论上推定，在原子反应堆中，铀-238能够转变为一种性质类似铀-235的新元素，从而在通往“炸弹”的路线图上标出了钚元素这条“狭窄的捷径”。豪特斯曼则发布了《关于触发核链式反应的问题》的研究报告，同样展示了制造一颗钚炸弹的可能性。海森堡判断：“自1941年9月起，一条引领我们通往原子弹的通途已经展现在我们面前。”
曼哈顿计划
回到1938年的圣诞节。德国化学家哈恩的科学发现从柏林达勒姆的研究所实验室，迅速传递到斯堪的纳维亚的康盖岛，随即便越过斯卡格拉克海峡蔓延至哥本哈根。接着，玻尔乘着这股即将影响历史进程的科学气流之翼，登陆美国东海岸。1939年1月27日，在美国春季物理学讨论会上，玻尔当着爆棚全场的同行宣布了哈恩-斯特拉斯曼的化学实验发现，描述了迈特纳-弗里施的物理学阐释。玻尔的信息制造了轰动的场面，几位物理学家匆忙离席，赶在第一时间验证这一发现。接着便有人推测：如果铀核裂变后放出一个以上中子，这些中子又能引起邻近铀核的裂变，如此持续下去，就形成所谓的“链式反应”。几天后，这个消息便传到加州伯克利的奥本海默耳中。他写信给另一位同事提到，少量的铀，就“可能呼风唤雨”。那时，欧美各国学术圈都还遵循着一种不成文的惯例：研究结果应保持完全开放并超越国界限制。这种学术氛围，使得柏林的实验成果在国际物理学界触发了“蝴蝶效应”。这是第二次世界大战前最后一个和平冬日里的故事。