Projekt Manhattan Był jednym z pierwszych rekrutów do Laboratorium Los Alamos w ramach Projektu Manhattan, przybywając tam w marcu 1943 roku. Został tymczasowym szefem działu chemii i metalurgii (CM). Niektórzy liderzy projektu mieli wątpliwości co do Kennedy’ego, który miał wtedy zaledwie 26 lat. Zwrócono się więc do Charlesa Thomasa z firmy Monsanto. Thomas zgodził się koordynować działania chemiczne różnych laboratoriów Projektu Manhattan, jednak nie chciał przenieść się do Nowego Meksyku. Pomimo swojego młodego wieku, Kennedy oficjalnie został szefem działu CM w kwietniu 1944 roku.
Dział CM był odpowiedzialny za oczyszczanie i produkcję materiałów do bomby, w tym rdzenia rdzenia, reflektora i inicjatora neutronów. Chemia i metalurgia uranu była dość dobrze znana, choć przyniosła kilka niespodzianek, ale chemia plutonu była prawie zupełnie nieznana. Pierwiastek ten został odkryty zaledwie chwilę wcześniej i istniał tylko w ilościach mikrogramowych. Wykształcone przypuszczenia dotyczące jego chemii często były błędne, a wraz z postępem badań odkryto, że ma on niezwykłe właściwości, w tym co najmniej sześć alotropów. Między jego odkrywcami panowała rywalizacja;