На основе выполненных в 1939 - 1940 гг. ядерно-физических исследований и полученных значений ядерных констант, И.В. Курчатов пришел к выводу о возможности осуществления цепной реакции деления урана под действием медленных нейтронов.
В ноябре 1940г. на пятом и последнем перед войной Всесоюзном совещании по физике атомного ядра в Москве, где деление урана обсуждалось открыто, И.В. Курчатов выступил с докладом “Деление тяжелых ядер”. Характеризуя условия осуществления цепной реакции деления, И.В. Курчатов выдвинул задачу создания уранового ядерного реактора как путь к практическому использованию ядерной энергии.
После совещания И.В. Курчатов инициировал подготовку и представление Правительству записки о необходимости широкого развертывания работ по атомной энергии. Как член комиссии при Президиуме АН СССР по проблеме урана, он в конце того же года вместе с Ю.Б. Харитоном разработал план работ по урановой проблеме и проект ядерного реактора. Этот план, предусматривавший необходимость участия в них четырех физических институтов страны, был представлен в Президиум Академии наук.
Как видно, предвоенные годы явились для И.В. Курчатова временем целеустремленной работы над проблемами физики ядра, создания первых ускорителей, организации научных семинаров и конференций, собственного роста и взращивания научных кадров - словом, подготовкой к главному делу - к разработке путей практического использования ядерной энергии.
Во многом благодаря И.В. Курчатову ядерно-физических исследования в нашей стране в предвоенные годы были на уровне лучших мировых лабораторий. К началу войны у нас был создан солидный научный задел, подготовлены научные кадры в основных направлениях научных исследовании, в том числе в области ядерной физики.
Начавшаяся война вынудила прекратить все исследования по ядерной физике. Вместе с А.П. Александровым и другими сотрудниками ЛФТИ, И.В. Курчатов включился в работы по защите кораблей ВМФ от магнитных мин. Эти работы он вел на Черноморском флоте (с конца июля 1941г. по октябрь 1941г. в Севастополе, в ноябре 1941г. в Поти и Туапсе); на Каспийской флотилии (в Баку - в декабре 1941 - начале января 1942г.); на Северном флоте (в Полярном, в феврале 1943г.), являясь научным консультантом Управления кораблестроения ВМФ СССР. И.В. Курчатов консультировал, вел исследования, составлял правила и нормы, читал лекции военным морякам и обучал персонал, непосредственно работал по размагничиванию кораблей и даже разбирал мины. В апреле 1942г. за разработку и внедрение методов размагничивания кораблей И.В. Курчатов был удостоен Сталинской премии 1-й степени.31 января 1944г. он был представлен военно-морским командованием к награждению медалью за оборону Севастополя.
Вернувшись в январе 1942г. с фронта, И.В. Курчатов пережил тяжелую болезнь и только 12 апреля вышел на работу. Он возглавил броневую лабораторию в Казани и до конца августа 1942 г. работал в ней над созданием более совершенных материалов для бронезащиты танков и самолетов. Осенью 1942г. И.В. Курчатов оставил броневую лабораторию и отправился в Москву, где ему было предложено возглавить работы по созданию атомного оружия.
28 сентября 1942г. Председатель Государственного Комитета Обороны (ГКО) И.В. Сталин подписал распоряжение о возобновлении работ по урановой тематике. В октябре-ноябре И.В. Курчатов готовит Правительству "Записку" (Справку), а в апреле 1943г. - доклад "Проблема урана", в которых объясняет ключевые проблемы, встававшие перед физиками.
В соответствии с решением ГКО от 11 февраля 1943г. о развертывании работ по урановому проекту И.В. Курчатов 10 марта 1943г. был назначен научным руководителем работ по использованию атомной энергии. Ему были предоставлены чрезвычайные полномочия и всемерная поддержка Правительства. В том же году он был избран действительным членом Академии Наук СССР. Согласно распоряжению № 121 Академии наук СССР, под его руководством в 1943г. была создана Лаборатория № 2, получившая 5 февраля 1944г. права академического института.
На И.В. Курчатова было возложено научное руководство всеми исследованиями и разработками по этой проблеме, включавшими продолжение фундаментальных исследований по ядерной физике, исследования и разработки по созданию ядерного реактора.
Игорь Васильевич анализировал состояние исследований по физике ядра, разрабатывал предложения по организации работ, подготовил ряд докладных записок и докладов руководству страны.
Главными направлениями исследований в решении задачи овладения ядерной энергией Курчатов наметил измерение ядерно-физических констант урана и замедлителя, создание теории реактора и макроскопические опыты с решетками урана и замедлителя.
Первым важнейшим этапом работ над атомным проектом было создание ядерного реактора и осуществление цепной регулируемой реакции деления урана. Из возможных вариантов реакторов И.В. Курчатов выбрал уран-графитовый, как наиболее быстро реализуемый. На пути создания реактора стояли труднейшие задачи получения урана, графита и других материалов очень высокой степени чистоты, исследования физических свойств веществ и материалов для реактора.
И.В. Курчатов лично участвует в решении основной задачи на пути овладения ядерной энергией - осуществлении цепной реакции деления урана. Осенью 1946г. завершились работы по созданию экспериментального ядерного реактора на территории Лаборатории № 2.25 декабря 1946г. заработал созданный И.В. Курчатовым и его сотрудниками первый физический реактор Ф-1. Вскоре Б.В. Курчатовым был получен и лабораторный плутоний-239. В 1947г. удалось выделить его первые весомые количества - около 20 мкг. Опыты по изучению плутония-239 позволили создать и отработать методы его промышленного производства.
Пуск первого физического ядерного реактора - крупнейшее достижение отечественной науки и техники - имел решающее значение для всего атомного проекта. И.В. Курчатов руководил разработкой и целой серии промышленных ядерных реакторов.
С конца 1945г. И.В. Курчатов руководил проектированием, строительством и пуском первого промышленного реактора на Урале. В начале 1948г. на "Базе-10" (ныне - Производственное объединение "Маяк" Росатома) приступили к монтажу реактора. В особо напряженный период лета 1948г. [2, 54 c.]
12 августа 1953 г. СССР объявил о проведенном испытании своей водородной бомбы. Это была первая в мире транспортабельная водородная бомба. Невиданной сложности задача, стоявшая перед советской наукой и техникой, была решена под руководством И.В. Курчатова в темпе, удивившем весь мир.
Однако цель и идеалы И.В. Курчатова всегда оставались мирными. Он был одним из инициаторов и активным участником выработки мирных предложений Советского Союза о запрещении атомного оружия.
И.В. Курчатов приложил усилия и к решению важнейшей для вооруженных сил страны проблемы - использования ядерной энергии для создания кораблей для военно-морского флота.
В августе 1952г. вместе с АЛ Г. Александровым и Н.А. Доллежалем он направляет в Правительство докладную записку с обоснованием возможности создания атомной энергетической установки для первой в истории ВМФ страны атомной подводной лодки (АПЛ). Предложение было принято и 9 сентября И.В. Сталин подписал соответствующее Постановление Совета Министров СССР. Первая советская АПЛ "Ленинский комсомол", в конце 1958г. успешно прошла испытания и была передана флоту в опытную эксплуатацию.
Еще до окончания военных разработок по предложению И.В. Курчатова развернулись исследования и разработки по мирному использованию атомной энергии. Под руководством И.В. Курчатова была спроектирована и построена в г. Обнинске первая в мире опытно-промышленная атомная электростанция. Игорь Васильевич внимательно следил за ходом строительства, руководил предпусковыми испытаниями и пуском станции в июне 1954г. Это событие явилось важным этапом в решении проблемы сооружения в Советском Союзе крупных промышленных АЭС.
В середине 1950-х годов И.В. Курчатов возглавил разработку программы развития атомной энергетики в Советском Союзе, в которой предусматривалось широкое использование атомной энергии для энергетических, транспортных и других народнохозяйственных целей. Во второй половине 1950-х годов было начато строительство крупных атомных электростанций - Белоярской и Нововоронежской. И.В. Курчатов инициировал программу строительства мощного атомного ледокольного флота в нашей стране. В декабре 1959г. вступил в строй первый в мире атомный ледокол "Ленин", за сооружением которого Игорь Васильевич внимательно следил и оказывал всемерную поддержку.
Развитие атомной энергетики в СССР требовало создания комплексной экспериментальной базы для проведения испытаний тепловыделяющих элементов, конструкционных материалов, теплоносителей. Весомым вкладом в решение этой задачи был пуск весной 1952 г. в ЛИПАНе построенного по инициативе И.В. Курчатова реактора для физических и технических исследований (РФТ) с экспериментальными петлями и "горячей" металловедческой лабораторией. Здесь постоянно стажировались кадры для атомных исследовательских центров страны. По инициативе И.В. Курчатова были созданы атомные исследовательские центры в Ташкенте, Тбилиси, Киеве, Алма-Ате, Минске, Риге; сооружены исследовательские реакторы в ряде научно-исследовательских центров в Москве, Томске, Гатчине, Димитровграде, Свердловске, а также уникальный импульсный графитовый реактор. Были приняты меры к строительству серии исследовательских реакторов в бывших социалистических странах.
Курчатов был последовательным сторонником международного научного сотрудничества, в том числе в ядерных исследованиях. Он был главным инициатором организации международного центра социалистических стран по исследованиям в области ядерной физики - Объединенного института ядерных исследований в Дубне.