二戰時美國啟動「曼哈頓計劃」（Manhattan Project），花費超過 22 億美元、動員 13 萬人，雲集一班當代最傑出的科學家 —— 當中至少 31 人曾經或後來獲得諾貝爾獎，最終才製造出原子彈。然而，在二戰遭受重創、正重建國家的蘇聯，卻在廣島和長崎原爆後短短四年宣佈成功核試。蘇聯原子彈計劃成功，實有賴一班潛伏英美的核間諜（nuclear spy）。
蘇聯在 1940 年代全力展開間諜行動，揭開美國和英國的軍事和防禦機密，即使雙方在二戰期間份屬盟友。當英國 1941 年開始秘密研究建造原子彈時，線人數天內便通知蘇聯；而美國在 1942 年展開「曼哈頓計劃」，蘇聯間諜團隊也火速獲得情報，甚至比聯邦調查局更早得知該秘密計劃的存在。期間，美英兩國一直不清楚蘇聯間諜活動的深度，直到 1946 年「維諾那計劃」（Venona Project）成功解密莫斯科用來發送電報的密碼。
由於當局不希望透露他們已經破譯了蘇聯密碼，「維諾那計劃」收集得來的證據也不能作呈堂之用。直到 1995 年冷戰結束才解密。「維諾那計劃」協助美國和英國鎖定了一些間諜的身份，處決或判囚十多人，但未知有多少間諜逃脫。歷史學家 John Earl Haynes 在 Early Cold War Spies 一書分析指，一些人會出於意識形態，迷戀共產主義信仰而成為蘇聯間諜，有些人單純信奉「核平衡」（nuclear parity），認為要防止核戰爭就要確保沒有一方核壟斷。
共產主義者 —— 凱恩克羅斯和富赫斯
這些人中，其中一位是凱恩克羅斯（John Cairncross），為二戰期間蘇聯在劍橋招募的「劍橋五人組」成員，亦被視為首位核間諜。早在 30 年代凱恩克羅斯便是熱情的共產主義者，約在 1936 年被招募成為蘇聯間諜。他曾擔任漢基男爵（Sir Maurice Hankey）的私人秘書，Haynes 指男爵曾是監督英國原子計劃的委員會成員，令凱恩克羅斯能在 1941 年秋季取得一份高級報告，證實鈾彈可行；他隨即把情報洩漏給莫斯科特工。1951 年英國特工於其他劍橋間諜團成員的公寓發現凱恩克羅斯的書信，於是立即拘捕他，不過政府最終未有作起訴。
後來凱恩克羅斯移居美國，在西北大學教授法國文學。1964 年他再次被調查，終於承認自己曾在二戰期間做蘇聯間諜，提供反對德國的情報，但堅稱並無洩漏任何有損英國利益的情報。他後來輾轉到羅馬和法國定居，1995 年臨終前數月才重返英國，死前仍稱給予莫斯科的資訊是「相對無害的」。然而新生俄羅斯政府公開國家安全委員會（KGB）檔案時，卻證實凱恩克羅斯提供了可用於發展原子能的高度機密文件。
富赫斯（Klaus Fuchs）被形容為史上最重要的核間諜。他是曼哈頓計畫的主要物理學家，並在 1946 年成為英國核能研究機構理論物理部主任。他在 1911 年出生於德國，學生時期已加入共產黨，納粹黨上台後逃往英國深造物理學，於 1942 年成為英國公民時跟倫敦的蘇聯大使館取得聯繫，自願擔任間諜。後來他被調到洛斯阿拉莫斯實驗室，便向蘇方提供有關建造彈頭的詳細信息，包括草圖和尺寸。
1946 年，富赫斯返回英國後繼續從事間謀活動，直到蘇聯於 1949 年 8 月核試成功後，「維諾那計劃」成功解密一份富赫斯在 1944 年撰寫的書信，發現他向蘇聯描述原子彈建造時的科學細節。1949 年 12 月，有關當局對他進行盤問，短短幾個星期內富赫斯就招認了所有間諜活動。由於二戰時英國與蘇聯仍是盟友，故他只被判處入獄 14 年，但被剝奪英國國籍。服刑 9 年後富赫斯就被釋放，回到東德重投科學家工作，最終於 1988 年去世。
相信「核平衡」的年輕霍爾
而另一位關鍵間諜是霍爾（Theodore Hall）。他 18 歲時從哈佛大學畢業，19 歲就成為「曼哈頓計劃」中最年輕的科學家，參與「胖子」（Fat Man）型號原子彈實驗，這亦是美軍在長崎所投下的型號，後來蘇聯在 1949 年試爆的 RDS-1 原子彈便是參照「胖子」。1944 年 10 月他在紐約休假期間決定聯繫蘇聯，自願提供原子彈研究的最新資訊。1944 年 12 月，霍爾送出第一則關於原子彈彈頭進度的機密消息。
霍爾童年時曾感受過經濟大蕭條之苦，又循從兄弟建議，放棄家族姓氏霍爾茨伯格（Holtzberg）以避開反猶太主義之禍。美國體制的殘酷現實跟年輕霍爾的價值觀衝突，就讀哈佛大學期間他一度加入馬克思主義者俱樂部。在洛斯阿拉莫斯實驗室工作時，他了解到核武的破壞力，後來一直為如何減少核武帶來的災難而困擾，於是決定聯繫蘇聯。
1950 年美國聯邦調查局已將焦點投向他，因為他的名字在一條被解密的訊息中出現，不過始終找不到足夠證據。霍爾從未受到審判，後來投身放射生物界，再移居英國成為生物物理學家，直至退休。
到 1995 年，在「維諾那計劃」解密文件確認其五十年前的間諜活動後，霍爾通過一份書面聲明中解釋自己的動機：「對我來說，美國的核壟斷是危險的，應該被阻止。我並不是唯一一位持有這種觀點的科學家。」霍爾於 1999 年去世，享年 74 歲。
被處決的羅森堡夫婦
1936 年，朱利斯．羅森堡（Julius Rosenberg）是青年共產主義者聯盟的領袖，當時他認識了伊莎（Ethel Greenglass），兩人相愛並在三年後結婚。同年羅森堡在紐約市立學院畢業，獲得電機工程學位，翌年加入陸軍信號部隊，參與雷達設備工作。1942 年朱利斯和伊莎成為美國共產黨的正式成員，翌年二人退出共產黨。
1945 年初，朱利斯被揭曾為共產黨成員而遭信號部隊解僱。1950 年 6 月 17 日，朱利斯更因間諜嫌疑被逮捕。伊莎的弟弟大衛．格林格拉斯（David Greenglass）曾是洛斯阿拉莫斯的機械師，後來因為間諜罪被捕，招認曾傳秘密信息予蘇聯。他被捕後把朱利斯供認出來，到 8 月 11 日伊莎也被逮捕。
羅森堡夫婦的審判於 1951 年 3 月 6 日開始，吸引大量媒體關注。一些人認為羅森伯格夫婦明顯有罪，亦有些人主張他們清白。檢方的主要證人大衛聲稱，伊莎作為一名「試用員」，曾打字記錄包含美國核密碼的筆記，後來轉交紐約市的蘇聯領事館。在整個審判和上訴的過程中，羅森伯格夫婦堅持自己清白，惟在 3 月 29 日依然被判有罪，並根據「間諜法」第二條被判處死刑。羅森堡夫婦是冷戰期間，僅有的兩名以間諜罪判死刑的美國平民。他們於 1953 年 6 月 19 日被電椅處決，但案件一直是有關美國共產主義爭議的經典懸案。
