احتمالاً می‌توان تاریخ شروع برنامه‌های هسته ای ایران را هشتم دسامبر ۱۹۵۳ دانست.
در آن روز آیزنهاور رئیس جمهور وقت آمریکا، سخنرانی مهم خود در مجمع عمومی سازمان ملل متحد را ایراد کرد که بعدها به نطق «اتم در خدمت صلح» مشهور شد.
آیزنهاور در این مناسبت از جنبه‌های مثبت انرژی هسته‌ای و طرح‌های بلند پروازانه‌ای برای «تولید انرژی بیکران برق در نقاط جهان که به انرژی دسترسی ندارند» صحبت کرد. او گفت براساس این طرح دولت آمریکا فناوری و دانش لازم را در اختیار کشورهایی قرار خواهد داد که قصد دارند انرژی هسته‌ای را با اهداف صلح‌آمیز توسعه دهند.
رئیس جمهور آمریکا برای اطمینان از اینکه مواد هسته‌ای برای مصارف نظامی مورد استفاده قرار نگیرد تأسیس یک نهاد ناظر و بازرسی در چارچوب سازمان ملل متحد را پیشنهاد کرد. این نهاد بعدها به آژانس بین‌المللی انرژی اتمی بدل شد.
دولت آمریکا برنامه مشخصی را با هدف پیشبرد این طرح به نام «اتم در خدمت صلح» به اجرا گذاشت. براساس این برنامه کاری دولت آمریکا راکتورهای تحقیقاتی، سوخت هسته‌ای و آموزش علمی در اختیار کشورهای در حال توسعه‌ای قرار می‌داد که به دنبال توسعه برنامه‌های هسته‌ای بودند.
مارک فیتزپاتریک مدیر مرکز پژوهشی «موسسه بین‌المللی مطالعات استراتژیک» در لندن می‌گوید یکی از انگیزه‌های پیشبرد این طرح شرایط جنگ سرد و رقابت آمریکا و شوروی برای جلب کشورهای متحد با وعده دادن انرژی هسته‌ای بود.
ایران جزو اولین کشورهایی بود که از این پیشنهاد استقبال کرده و از واشینگتن درخواست کمک کرد. در سال ۱۹۵۷ دولت‌های ایران و آمریکا توافقی برای همکاری در زمینه انرژی هسته‌ای امضا کردند که عنوان رسمی آن «همکاری در بهره‌برداری صلح‌آمیز از انرژی اتمی» است.
به گفته مارک فیتزپاتریک تصمیم آمریکا برای امضا این توافق هم انگیزه‌های اقتصادی و هم انگیزه‌های سیاسی داشت. او می‌گوید: «ایران در فکر شروع و توسعه یک برنامه هسته‌ای گسترده بود و تصور بر این بود که بخش اعظم فناوری و تجهیزات مورد نیاز را از آمریکا خریداری خواهد کرد.»
دو سال بعد، در سال ۱۹۵۹ ایران مرکز رآکتور تحقیقاتی خود را در دانشگاه تهران ساخت. در سال ۱۹۶۷ آمریکا یک رآکتور تحقیقاتی پنج مگاواتی و اورانیوم غنی‌شده مورد نیاز برای سوخت رآکتور را به ایران تحویل داد.
در سال‌های بعد ایران از همین رآکتور تحقیقاتی برای انجام بخشی از فعالیت‌های هسته‌ای بحث‌برانگیز خود از جمله اولین تجارب این کشور در غنی‌سازی اورانیوم استفاده کرد.
ایران برای اینکه به جامعه جهانی ثابت کند که برنامه‌های هسته‌ای‌اش صلح‌آمیز هستند در ژوئیه ۱۹۶۸ جزو اولین کشورهایی بود که پیمان منع گسترش تسلیحات هسته‌ای (ان پی تی) را امضا کرد. ایران در سال ۱۹۷۰ این پیمان را تصویب کرد و به این ترتیب به اولین گروه از کشورهایی پیوست که روی کاغذ از حق غنی‌سازی اورانیوم برخوردار شد.
برنامه موسوم به «اتم در خدمت صلح» علاوه بر فروش فناوری و تجهیزات، به دانشوران ایرانی امکان داد که در آمریکا در رشته‌های مربوط به فناوری هسته‌ای تحصیل کنند. ایران بدون آموزش کارشناسان خود در خارج نمی‌توانست از رآکتور تحقیقاتی دانشگاه تهران استفاده کند.
محمد رضا شاه پهلوی در سال ۱۹۷۴ برنامه هسته‌ای بلندپروازانه خود با هدف احداث ۲۳ راکتور هسته ای طی ۲۰ سال آینده را اعلام کرد. برای پیشبرد این برنامه سازمان انرژی اتمی ایران تأسیس شد.
سازمان انرژی اتمی ایران برای آموزش کادرهای خود به انستیتو تکنولوژی ماساچوست، یکی از بهترین دانشگاه‌های مهندسی آمریکا، مراجعه کرد تا برنامه ویژه‌ای را برای آموزش کارشناسان ایرانی در زمینه انرژی هسته‌ای تدوین کند. اولین گروه از متخصصان ایرانی در چارچوب همین برنامه آموزش دیدند.
مارک فیتز پاتریک می‌گوید: «بدون تردید از همان زمان در مورد اهداف برنامه هسته‌ای شاه ایران نگرانی‌هایی وجود داشت. اسناد تاریخی نشان می‌دهند که او یک برنامه هسته‌ای تسلیحاتی را در ذهن می‌پروراند. اما او پیشرفت چندانی نکرد و یکی از دلایل آن این بود که دولت آمریکا سیاستش برای دادن فناوری هسته‌ای حساس به کشورهای دیگر را تغییر داد.»
مثل امروز دولت آمریکا در آن زمان در مورد احتمال استفاده ایران از غنی‌سازی اورانیوم برای ساخت بمب هسته‌ای نگران بود.
بر اساس اسناد محرمانه و امنیتی حکومت آمریکا در سال‌های میانی دهه هفتاد میلادی که بعدها علنی شده‌اند، واشنگتن با طرح ایران برای احداث یک مرکز بازیافت هسته‌ای مخالفت کرد و در مذاکرات مربوط به فروش رآکتور هسته‌ای به ایران این موضوع به یک مشکل بدل شد.
مارک فیتز پاتریک معتقد است که در نهایت دولت آمریکا با دادن فناوری هسته‌ای به شاه ایران مخالفت کرد و از دریافت این فناوری از منابع دیگر هم جلوگیری کرد.
اکبر اعتماد اولین رئیس سازمان انرژی اتمی ایران در یک مصاحبه اختصاصی با رادیو اروپای آزاد/ رادیو آزادی گفت که مذاکرات با آمریکا و اتحاد شوروی از همان ابتدا با مشکل روبرو شدند و او به این نتیجه رسید که هیچیک از دو کشور حاضر نیستند در این زمینه با ایران معامله کنند.
در دوران حکومت شاه ایران فقط توانست با یک شرکت غربی و برای احداث نیروگاه هسته‌ای بوشهر قرارداد ببندد. شرکت آلمانی کرافت ورک یونیون که در آن زمان زیر مجموعه شرکت زیمنس بود.
اکبر اعتماد نمی‌تواند با قطعیت بگوید که هدف شاه ایران تولید سلاح‌های هسته‌ای بود. اما یادآوری می‌کند که محمدرضا پهلوی در دهه هفتاد میلادی به شکل غیرمستقیم گفته بود که در صورت لزوم به دنبال تولید این تسلیحات خواهد رفت.
آقای اعتماد به یاد می‌آورد که در آن زمان محمدرضا پهلوی تاکید می‌کرد که ایران یک قدرت نظامی منطقه‌ای است و به سلاح‌های هسته‌ای نیاز ندارد. ولی می‌گفت اگر طی بیست سال آینده شرایط تغییر کند «باید ببینیم چه کارهایی لازم است انجام شود.»
اکبر اعتماد در مصاحبه ای با روزنامه فرانسوی فیگارو در سال ۲۰۰۳ گفت که او یک گروه ویژه برای پژوهش هسته‌ای تشیکل داد که هدفش به‌دست آوردن تمام دانش لازم برای تصمیم‌گیران ایران بود «تا در صورت نیاز به ساخت بمب هسته‌ای و در مدت زمان لازم بتوانند تصمیم درست را اتخاذ کنند.»
در سال ۱۹۷۹ در نهایت همکاری ایران و آمریکا در زمینه انرژی اتمی در فضایی از سوءظن و بی‌اعتمادی و اساساً به دلایل سیاسی متوقف شد. وقوع انقلاب اسلامی به حکومت شاه پایان داد و از آن زمان مناسبات رسمی بین تهران و واشنگتن و البته همکاری هسته‌ای بین دو کشور قطع شد.
