Latem z Oak Ridge dotarły pierwsze porcje cennego plutonu (w postaci azotanu plutonu) i od razu rozpoczęły się eksperymenty. Pracą wielkiego zespołu naukowców (w 1943 r. – 1500 osób, w 1944 r. – 3500 i w 1945 r. – 5700) kierował Oppenheimer. Sam też dobierał nowych pracowników, co powodowało konieczność podróżowania po całym kraju. Laboratorium naukowe w Los Alamos przeszło do historii jako symbol sprawnej, zespołowej pracy dużej liczby uczonych, co w dużym stopniu było zasługą jego dyrektora – Roberta Oppenheimera. Plan Oppenheimera przewidywał utworzenie czterech wydziałów badawczych: fizyki teoretycznej (kierownictwo objął Hans Bethe), fizyki eksperymentalnej (z Robertem Wilsonem na czele), chemii i metalurgii (z Josephem Kennedym) oraz materiałów wybuchowych (z George’em Kistiakowskim), a ten wydział był podzielony na dwa kierunki nazwane od stosowanych w nich metod: metodą działa (z Williamem Parsonsem, którego zastąpił później Francis Birch) oraz metodą implozji z Sethem Neddermeyerem). W późniejszym okresie zostały powołane kolejne dwa wydziały: fizyki bomby (z Robertem Bacherem) oraz prac wdrożeniowych (z Enrico Fermim). Tradycyjny podział naukowców na grupy badawcze inżynieryjne i produkcyjne nie wchodził w rachubę w Projekcie Manhattan.