曼哈頓計劃（英語：Manhattan Project，亦有譯作曼哈頓工程或曼哈頓項目）是第二次世界大戰期間美國陸軍自1942年起，研究核武器計劃的代號。曼哈頓計劃的負責人為美國物理學家羅伯特·奧本海默；整個計劃的經費是20億美元，此計劃獲得美國總統富蘭克林·羅斯福的批準。
1941年12月7日，日本偷襲美國珍珠港，美國在此後不久正式成為第二次世界大戰參戰國。與此同時，美國國家科學院在以往研究成果的基礎上遞交的研制核武器申請得到了批準。1942年夏，面對希特勒納粹德國的重氫元素氘及氚產量令人憂懼地增長，美國國會秘密撥款***25億美元，加緊開發核武器。美國陸軍方面的計劃主管萊斯裏·葛羅夫將計劃命名為曼哈頓計劃。
主要在新墨西哥州沙漠地區洛斯阿拉莫斯附近的壹處絕密研究中心進行，大批物理學家和技術人員參加了此壹計劃，高峰時期參加者人數逾10萬人，研究中心的生活機能有如壹個微型城市。在奧本海默的領導下，著名的科學家費米、玻爾、費曼、馮·諾伊曼、吳健雄等大師級物理學家皆在其內，某些參與計劃的科學家在日後發起了美國科學家聯合會。
1945年7月16日，第壹顆原子彈在新墨西哥州的沙漠試爆成功，爆炸當量相當於21,000噸三硝基甲苯（TNT）。
由於當時歐洲的兩個主要軸心國均已戰敗，原子彈投放的目標轉向了日本。1945年8月6日上午8時15分17秒，美國向廣島投放了名為小男孩的原子彈，8月9日又向長崎投放了稱為胖子的原子彈。8月15日，日本宣布無條件投降，第二次世界大戰宣告結束。