Этот период в жизни Клауса Фукса совпал по времени с эпохальными открытиями в области ядерной физики, в корне изменившими наши представления о материи. Волей судьбы он стал непосредственным участником пролога великой исторической драмы, в финале которой, вполне вероятно, может исчезнуть человечество и вся созданная им тысячелетиями цивилизация. В его личной судьбе это, пожалуй, самый интересный, удивительный и поворотный период жизни. За четыре с небольшим года он из безызвестного эмигранта, пережив падения и взлеты, стал участником сверхсекретного англо-американского военного проекта, известного в истории под названием «манхэттенского». Им двигало не мелкое тщеславие, не корысть, а жажда научного поиска, стремление проникнуть в самые сокровенные тайны мироздания. Осознав, какую страшную разрушительную силу несет в себе новое оружие, он встал перед серьезным нравственным выбором: продолжить работу над атомной бомбой или уйти из проекта. Он решил остаться, хорошо понимая, как важно не дать гитлеровскому руководству первому получить это оружие. Одновременно он делает свой нравственный выбор, круто изменивший всю его дальнейшую судьбу: отчетливо понимая не только роль атомной энергии в развитии технического прогресса, но и угрозу миру, которую несет монопольное владение таким оружием, особенно учитывая настроения реакционных милитаристских кругов, коммунист по убеждению, Клаус Фукс решил передать всю известную ему информацию об атомных разработках Советскому Союзу. В этих целях он добровольно, по собственной инициативе, связался с представителями советской разведки в Англии…
В Великобритании теоретические исследования в области создания атомного оружия начались значительно раньше, чем в США. Одним из тех, кто дал толчок первым английским исследованиям в этой области, был молодой немецкий физик Рудольф Пайерлс, с которым Клауса Фукса судьба сведет на долгие годы.
Уроженец Берлина, один из блестящей геттингенской плеяды Макса Борна, Рудольф Пайерлс покинул Германию, перебравшись в Цюрих еще в 1929 году, задолго до прихода нацистов к власти. В Англию он переехал в марте 1933 года, практически одновременно с первой волной беженцев от нацистского террора. Получив место в Кембридже, он приехал туда с молодой женой — Евгенией Николаевной Канегиссер, выпускницей Ленинградского физико-технического института, с которой познакомился летом 1930 года в Одессе на I Всесоюзной конференции по изучению атомного ядра.
Летом 1939 года Пайерлс, возглавивший незадолго до этого кафедру теоретической физики Бирмингемского университета, начал работать над решением ключевого вопроса на пути к созданию атомной бомбы — определением критической массы чистого урана. В августе, за несколько дней до начала второй мировой войны, к нему присоединился знаменитый немецкий ученый Отто Фриш, который в декабре 1938 года вместе с Лизой Мейтнер первым в мире дал верное физическое толкование процессу искусственного деления ядра урана под влиянием тяжелых нейтронов. Этим двум ученым суждено было сыграть решающую роль в теоретическом прорыве на пути к созданию атомной бомбы. Уже в начале 1940 года Пайерлс и Фриш, не прекращавшие упорной исследовательской работы, сумели определить величину так называемого «сечения деления» чистого урана.
Декабрь 1938 года — поворотный пункт в развитии ядерной физики — стал для Клауса Фукса памятным еще и потому, что именно в этот месяц министерство внутренних дел Великобритании выдало ему бессрочный вид на жительство (resilence permit), что покончило с его двусмысленным существованием гражданина третьего рейха. В августе 1939 года, за несколько дней до начала второй мировой войны Клаус Фукс, который находился в Англии же почти шесть лет — срок по английским законам достаточный для натурализации, — направил официальное прошение о предоставлении ему британского гражданства. По иронии судьбы, ответ из министерства внутренних дел о том, что его просьба принята к рассмотрению, он получил 31 августа 1939 года, в день, который стал последним мирным днем Европы.