Początkowo Kistiakowsky nie chciał jechać do Los Alamos, gdyż myślał o dołączeniu do jednego z zespołów badawczych, działających w Europie na terenach, z których wycofała się armia niemiecka. Ostatecznie Kistiakowsky w październiku 1943 roku został konsultantem przy Projekcie Manhattan. Tam spotkał się z , który zaproponował podstawowy ładunek, składający się z wydrążonej w środku kuli uranu, która osiągnęłaby stan krytyczny tylko wtedy, gdyby została „ściśnięta”. W teorii zostało to rozwiązane poprzez otoczenie podkrytycznego uranu konwencjonalnymi materiałami wybuchowymi, których detonacja spowodowałaby skompresowanie materiału radioaktywnego do stanu krytycznego, jednak aby proces się powiódł, musiał odbyć się w czasie krótszym niż milionowa część sekundy. Do samego końca istniały poważne wątpliwości, czy Kistiakowsky zdoła rozwiązać łączące się z tym problemy techniczne. Oprócz tego Neddermeyer wychodził z założenia, że do uruchomienia bomby na bazie plutonu potrzebny jest rodzaj urządzenia implozyjnego, jednak z powodu braku odpowiedniej wiedzy technicznej nie był w stanie opracować takiego urządzenia. W styczniu 1944 roku Kistiakowsky został szefem wydziału X badającego implozję w Los Alamos, zastępując na tym stanowisku Setha Neddermeyera, który pozostał w zespole Kistiakowsky’ego.