ایران برنامه هسته‌ای خود را در دهه ۱۹۵۰ و در پی توافق میان محمدرضا پهلوی و دولت آیزنهاور آغاز کرد که بر اساس این توافق‌نامه، آمریکا متعهد می‌شود یک راکتور تحقیقات هسته‌ای در تهران و چندین نیروگاه راه‌اندازی کند.
به گزارش هم میهن، اول ژوئیه ۱۹۶۸، ایران معاهده منع گسترش سلاح‌های هسته‌ای را امضا کرد. با راه‌اندازی راکتور تحقیقاتی آمریکا در سال ۱۹۶۷، ایران یکی از ۵۱ کشور امضاکننده معاهده منع گسترش سلاح‌های هسته‌ای شد و موافقت کرد که هرگز به یک کشور دارای سلاح هسته‌ای تبدیل نشود.
در سال ۱۹۷۳، ایران سازمان انرژی اتمی را به‌منظور آموزش پرسنل خود و همچنین انجام معاملات هسته‌ای با کشورهایی، چون آمریکا، فرانسه، آلمان غربی، نامیبیا و آفریقای جنوبی تأسیس کرد و با آموزش مهندسان در داخل و خارج از این کشور درک کاملی از فناوری هسته‌ای به‌دست آورد.
در سال ۱۹۷۹، در جریان انقلاب ایران رآکتور شماره یک نیروگاه اتمی بوشهر به میزان ۸۵ درصد و احداث رآکتور شماره دو نیز ۶۵ درصد پیشرفت فیزیکی داشتند. این پیشرفت در مورد نیروگاه دارخوین سه درصد بود. در طول جنگ با عراق این تأسیسات چندین‌بار موردحمله هوایی قرار گرفت.
یکی از موانع پیشبرد برنامه هسته‌ای پس از انقلاب، ناتمام ماندن پروژه‌هایی بود که با پیمانکاران خارجی کلید خورد، اما وقوع انقلاب موجب خروج آن‌ها از کشور و عدم تمایل برای ادامه همکاری بود. شرکت زیمنس آلمان یکی از این پیمانکاران بود؛ مشاجره حقوقی بر سر طرح ناتمام نیروگاه بوشهر میان ایران و آلمان تا سال ۱۹۸۸ ادامه یافت و ایران درخواست غرامت کرد، اما سرانجام شرکت زیمنس با حمایت کمیسیون تجارت بین‌المللی در پاریس، از این ماجرای حقوقی، پیروز بیرون آمد و هیچ غرامتی به ایران پرداخت نکرد.
پس از جدایی آلمان از پروژه توسعه برنامه هسته‌ای، تلاش ایران در مورد کشور‌های دیگری، چون اسپانیا و ژاپن و آرژانتین برای جایگزینی آن‌ها جهت تکمیل نیروگاه بوشهر بی‌نتیجه ماند. سرانجام در هشتم ژانویه ۱۹۹۵ شرکت روسی «اتم استروی اکسپورت» عملیات تکمیل نیروگاه را بر عهده گرفت. بر اساس اولین تاریخ موردتوافق طرفین، قرار بود نیروگاه اتمی بوشهر در هشتم ژوئیه ۱۹۹۹ تکمیل شود، اما تاریخ بهره‌برداری از آن، ازجمله به‌دلیل مناقشه هسته‌ای ایران، همواره عقب افتاد و راه‌اندازی این نیروگاه عملاً در سال ۲۰۱۲ ممکن شد.
از سال ۱۳۸۸ و طی ۱۴ سال گذشته، پنج نفر مرتبط با برنامه هسته‌ای ایران ترور شده‌اند که در همه موارد انگشت اتهام به‌سمت سرویس‌های جاسوسی اسرائیل نشانه رفته است.
مسعود علی‌محمدی، استاد فیزیک دانشگاه تهران و از دانشجویان نخستین دوره دکترای فیزیک در داخل ایران و نخستین شخص در کشور بود که دکترای خود را در فیزیک دریافت کرد. او ۲۲ دی‌ماه ۱۳۸۸، در قیطریه تهران و درحالی‌که قصد خروج از منزلش را داشت، بر اثر انفجار یک بمب کنترل از راه دور ترور شد.
مجید شهریاری، استاد دانشگاه شهید بهشتی، فیزیکدان و دانشمند هسته‌ای بود که از سال ۱۳۸۳ تا زمان شهادت، نماینده دانشگاه شهید‌بهشتی در امور اجرایی همکاری سازمان انرژی هسته‌ای بود. شهریاری عضویت در انجمن هسته‌ای ایران، مدیریت گروه کاربرد پرتوها، عضویت در شورای آزمایشگاه و شورای فناوری دانشگاه، عضویت در کمیته تخصصی فنی و مهندسی هیئت ممیزه، مشاور جمهوری اسلامی ایران در پروژه سزامی و برگزاری چهار کمیته علمی و کارگاه آموزش را هم در کارنامه خود داشت. شهریاری، هشتم آذر ۱۳۸۹، در نتیجه چسباندن بمب مغناطیسی توسط راکب ناشناس موتورسیکلت به خودرویش در تهران ترور شد.
مصطفی احمدی‌روشن، معاون بازرگانی سایت هسته‌ای نطنز اصفهان بود که به‌همراه رضا قشقایی‌فرد، کارمند سازمان انرژی اتمی، از پایه‌گذاران سایت هسته‌ای نطنز بود. او پس از خروج از منزل توسط راکب ناشناس موتورسیکلت با چسباندن بمب مغناطیسی به خودروی شخصی‌اش در تاریخ ۲۱ دی‌ماه ۱۳۹۰ در تهران، روبه‌روی دانشکده علوم ارتباطات دانشگاه علامه طباطبایی ترور شد و همراه با یکی از کارمندان خود با نام رضا قشقایی به شهادت رسیدند.
داریوش رضایی‌نژاد، دانشجوی دکترای مهندسی برق دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی بود که در تاریخ یکم مرداد ۱۳۹۰ با اصابت پنج گلوله در مقابل منزلش که یکی از آن‌ها به گردن و دیگری به دستش اصابت کرد، به شهادت رسید.
محسن فخری‌زاده‌مهابادی، رئیس سازمان پژوهش و نوآوری وزارت دفاع بود که هفتم آذر ۱۳۹۹ در منطقه آبسرد دماوند تهران ترور شد. فخری‌زاده از دانشمندان مؤثر و رده‌بالای حوزه تحقیقات علمی در کشور بود و تنها دانشمندی بود که نتانیاهو در یک برنامه از او نام برده بود و رسانه‌های اسرائیلی اعلام کرده بودند که نقشه ترورش یک‌بار در سال‌های گذشته شکست خورده بود.
در جریان ۱۲ سال چالش هسته‌ای میان ایران و غرب پیش از امضای توافق هسته‌ای در سال ۲۰۱۵، پرونده ایران از آژانس بین‌المللی انرژی اتمی به شورای امنیت سازمان ملل ارجاع و شش قطع‌نامه در این نهاد علیه تهران صادر شد.
در قطع‌نامه ۱۶۹۶ که مرداد ۱۳۸۵ (جولای ۲۰۰۶) به تصویب رسید، تمام فعالیت‌های مرتبط با غنی‌سازی و بازفرآوری ازجمله تحقیق و توسعه باید تعلیق می‌شد تا از سوی آژانس مورد راستی‌آزمایی قرار گیرد. کشور‌ها باید از انتقال هرگونه اقلام، مواد، کالا و فناوری که می‌تواند به فعالیت‌های مربوط به غنی‌سازی و بازفرآوری و برنامه‌های موشکی بالستیک ایران مربوط شود، جلوگیری کنند. همچنین این قطع‌نامه درخواست می‌کرد که ایران پروتکل الحاقی را اجرا کند.
قطع‌نامه ۱۷۳۷ که دی‌ماه ۱۳۸۵ (دسامبر ۲۰۰۶) به تصویب رسید از کشور‌ها می‌خواست تمام اقدام‌های لازم را به‌کار گیرند تا از صدور کلیه اقلام، مواد، تجهیزات، کالا‌ها و فناوری که می‌تواند به فعالیت‌های مرتبط با غنی‌سازی، بازفرآوری یا آب سنگین ایران، یا به توسعه سیستم‌های پرتاب سلاح هسته‌ای کمک کند، جلوگیری کنند. قطع‌نامه از ایران درخواست می‌کرد تمام فعالیت‌های مرتبط با غنی‌سازی و بازفرآوری از جمله تحقیق و توسعه را تعلیق کند و از سوی آژانس مورد راستی‌آزمایی قرار گیرد. همچنین از ایران می‌خواست کار روی تمامی پروژه‌های آب سنگین ازجمله راکتور تحقیقاتی آب سنگین به‌صورت قابل راستی‌آزمایی توسط آژانس را تعلیق کند و تصویب فوری پروتکل الحاقی و اجرای آن را در دستور کار قرار دهد. علاوه بر این از کشور‌ها درخواست می‌کرد که تحصیل دانشجویان ایرانی در رشته‌های حساس مرتبط به مسائل هسته‌ای و موشکی را ممنوع کنند و اموال و دارایی‌های افراد و شرکت‌های تحریم‌شده مسدود شود.
در قطع‌نامه ۱۷۴۷ در فروردین ۱۳۸۶ (مارس ۲۰۰۷) از تمام کشور‌ها خواسته شد تا جلوی انتقال تجهیزات یا فن‌آوری‌هایی را که در ارتباط با برنامه‌های هسته‌ای و موشکی ایران است بگیرند. همچنین حساب‌های مالی افراد مرتبط با برنامه هسته‌ای و موشکی ایران را مسدود کنند، ورود و خروج افراد مرتبط با برنامه هسته‌ای و موشکی به کشورشان را اطلاع دهند، صادرات و واردات سلاح‌های سنگین به ایران یا از ایران را ممنوع کنند، هیچ وام جدیدی به ایران ندهند و ایران به الزامات شورای حکام آژانس بین‌المللی انرژی اتمی جهت اعتمادسازی پایبندی کامل داشته باشد.
قطع‌نامه ۱۸۰۳ که خرداد ۱۳۸۹ (ژوئن ۲۰۱۰) تصویب شد، علاوه بر تحریم‌های قبلی، از کشور‌های عضو سازمان ملل متحد می‌خواهد که محموله‌های دریایی و هوایی به مقصد ایران و بالعکس را، اگر مشکوک به حمل مواد و تجهیزات ممنوعه باشند، مورد بازرسی قرار دهند. در اعطای اعتبار‌ها و تسهیلات تجاری به بخش خصوصی برای مبادلات بازرگانی با ایران دقت بیشتری به خرج بدهند و در مورد همکاری مؤسسات مالی با بانک‌های ایرانی به‌خصوص بانک صادرات و ملی ایران و شعب خارجی آن‌ها هوشیار باشند.
در قطع‌نامه ۱۸۳۵ که مهرماه ۱۳۸۷ (سپتامبر ۲۰۰۸) تصویب شد، فقط بر اجرای قطع‌نامه‌های قبلی تأکید شد.
در قطع‌نامه ۱۹۲۹ در خرداد ۱۳۸۹ (ژوئن ۲۰۱۰) ایران تحت فصل هفتم منشور سازمان ملل متحد و بند ۴۱ آن قرار گرفت. بسیاری از کارشناسان داخلی و خارجی این قطع‌نامه را بدترین قطع‌نامه در طول تاریخ حیات شورای امنیت علیه یک کشور دانستند. بر اساس این قطع‌نامه فعالیت اقتصادی در مسائل مربوط به هسته‌ای و موشکی که ایران از آن منتفع شود، ممنوع شد. بر لزوم هوشیاری درباره کاربرد‌های دوگانه برخی صنایع و تجهیزات پتروشیمی با هسته‌ای، فروش سلاح‌های نظامی به ایران (حتی از نوع متعارف)، انتقال فناوری‌ها یا مساعدت‌های تکنیکی مربوط به موشک‌های بالستیک قادر به حمل تسلیحات هسته‌ای و انجام هر فعالیتی توسط ایران در این زمینه ممنوع شد.
همچنین سپاه پاسداران و شرکت کشتیرانی جمهوری اسلامی ایران تحریم شدند. در این قطع‌نامه بر لزوم تصویب پروتکل الحاقی، معاهده جامع منع آزمایش‌های هسته‌ای (CTBT) تأکید شد و از ایران درخواست شد تا اجازه بازرسی تمام محموله‌های هوایی و دریایی (حتی در دریا‌های آزاد) به مقصد ایران یا از این کشور به خارج را در صورتی که مظنون به این باشند که آن محموله‌ها حاوی مواد اتمی، موشکی یا نظامی ممنوعه باشد و نیز اجازه توقیف آن‌ها مبتنی بر شرایط را بدهد. علاوه بر این خدمات مالی مرتبط با اشاعه سلاح هسته‌ای، بیمه، دارایی‌ها تحریم شد و به کشور‌ها هشدار داد که نسبت به معامله با بانک‌های ایرانی و نهاد‌های سپاه و کشتیرانی هوشیار باشند. همچنین بر عدم سرمایه‌گذاری مشترک با بانک‌های ایرانی و جلوگیری از تأسیس شعب تازه بانک‌های ایرانی تأکید شد.
۱۴ اوت ۲۰۰۲ کنفرانسی مطبوعاتی از سوی اعضای سازمان مجاهدین خلق موسوم به شورای ملی مقاومت ایران در واشنگتن برگزار شد. در این کنفرانس ادعا شد که جمهوری اسلامی ایران به‌صورت پنهانی در حال ساختن تأسیسات غنی‌سازی صنعتی در نطنز است، که هدف آن می‌تواند تولید سلاح هسته‌ای باشد. اتهامی که به‌دنبال کنفرانس مطبوعاتی شورای ملی مقاومت متوجه ایران شد این بود که با عدم پایبندی به تعهدات پادمانی‌اش، بدون اطلاع و نظارت آژانس اقدام به ساخت سانتریفیوژ و غنی‌سازی از طریق تزریق گاز UF۶ به سانتریفیوژ‌ها کرده است. در همین راستا، از ژوئن ۲۰۰۳ رسیدگی به برنامه هسته‌ای ایران در آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، خارج از فرایند عادی نظارت پادمانی آغاز شد.
پرونده‌های شکل‌گرفته در حوزه برنامه هسته‌ای ایران نهایتاً در سال ۲۰۱۵ در جریان مذاکرات ایران با ۱+۵ حل‌وفصل و توافق هسته‌ای موسوم به برجام امضا شد. این توافق در سال ۲۰۱۸ و به‌دنبال خروج یک‌جانبه ایالات‌متحده عملاً از حیز انتفاع ساقط شد. با پیروزی جو بایدن در انتخابات ریاست‌جمهوری ۲۰۲۰، مذاکرات برای احیای برجام آغاز، اما در تابستان ۱۴۰۱ متوقف شد و امروز پس از شکل‌گیری اعتراضات داخلی و متهم شدن ایران به حمایت تسلیحاتی از روسیه در جنگ علیه اوکراین، غرب اعلام می‌کند که احیای برجام دیگر در دستور کار سیاست خارجی آمریکا و تروئیکای اروپایی قرار ندارد.
مبنای شکل‌گیری پرونده هسته‌ای ایران، اسنادی جاسوسی بود که آمریکا در اختیار اعضای سازمان مجاهدین خلق قرار داد. پس از این پرونده، دو پرونده مهم دیگر تهران در آژانس بین‌المللی انرژی اتمی نیز بر اساس اسنادی شکل گرفت که از طریق جاسوسی از ایران خارج شده بودند.
در نوامبر ۲۰۰۵ مقامات اطلاعاتی آمریکا، محتویات لپ‌تاپی را که مدعی بودند از ایران به سرقت رفته، به آژانس بین‌المللی انرژی اتمی ارائه کردند. محتویات ارائه‌شده شامل بیش از هزار برگ سند از فعالیت‌های شبیه‌سازی رایانه‌ای و نتایج مطالعات و آزمایش‌های ایران درباره بخش‌های مهم یک کلاهک هسته‌ای بود. گزارش‌های اطلاعاتی آمریکا ادعا می‌کرد که یک دانشمند ایرانی مدیریت برنامه بمب هسته‌ای ایران موسوم به پروژه ۱۱۰ و پروژه ۱۱۱ را بر عهده دارد. واشنگتن مدعی بود که این لپ‌تاپ را اواسط ۲۰۰۴ از یک چهره کلیدی برنامه هسته‌ای ربوده و به خارج از ایران منتقل کرده‌اند. بر مبنای اطلاعات به‌دست‌آمده، پرونده ابعاد نظامی برنامه هسته‌ای ایران تشکیل شد. این پرونده تا سال ۲۰۱۵ و توافق هسته‌ای ایران با ۱+۵ در دستور کار آژانس بین‌المللی انرژی اتمی قرار داشت، اما در جریان مذاکرات برای امضای برجام، نقشه راهی نیز میان ایران و آژانس تعریف شد تا تهران به سؤالات این نهاد در خصوص پرونده PMD پاسخ دهد تا در نهایت با گزارش یوکیو آمانو، مدیرکل وقت آژانس در جلسه فصلی شورای حکام در خصوص این پرونده تصمیم‌گیری شود.
پرونده بعدی ایران که همچنان در جریان است و به‌عنوان مانعی برای احیای توافق هسته‌ای از آن یاد می‌شود، پرونده پادمانی است که آن نیز بر مبنای اسناد ادعایی به‌سرقت‌رفته از سوی اسرائیل روی میز آژانس قرار دارد. بنیامین نتانیاهو، نخست‌وزیر اسرائیل، در ۳۰ آوریل ۲۰۱۸ ادعا کرد اسرائیل انبوهی از اسناد هسته‌ای ایران را از کشور خارج کرده است. نخست‌وزیر اسرائیل مدعی بود که این اسناد شامل ۵۵ هزار صفحه و ۵۵ هزار فایل دیجیتال در قالب ۱۸۳ سی‌دی درباره برنامه و فعالیت‌های هسته‌ای جمهوری اسلامی ایران است.
روزنامه نیویورک‌تایمز جزئیات بخشی از این عملیات موساد را این‌گونه روایت کرده است که «مأموران سازمان جاسوسی اسرائیل (موساد) در تاریخ ۳۱ ژانویه سال ۲۰۱۸ میلادی در شورآباد تهران فقط شش ساعت و ۲۹ دقیقه زمان داشتند تا به انبار فایل‌های مربوط به فعالیت‌های هسته‌ای ایران دستبرد بزنند؛ یعنی یک دقیقه پیش از آنکه نگهبان شیفت هفت صبح انبار، مثل هر روز بر سر کار خود حاضر شود. در این فاصله زمانی، آن‌ها نخست آژیر‌های خطر این انبار استتارشده در یک منطقه صنعتی بی‌ارتباط با فعالیت‌های هسته‌ای را از کار انداختند، سپس با شکستن دو درِ ورودی انبار وارد آن شدند و عملیات نفوذ به درون گاوصندوق‌های حاوی اسناد محرمانه هسته‌ای ایران را آغاز کردند. نفوذناپذیری این گاوصندوق‌ها موجب شد تا آن‌ها مجبور به ذوب بخش‌هایی از این گاوصندوق‌ها شوند. برای این منظور، حرارتی در حدود دو هزار درجه سانتی‌گراد نیاز بود، ولی چون مأموران موساد می‌دانستند که اسناد هسته‌ای موردنظر دقیقاً در کدام‌یک از ده‌ها گاوصندوق موجود در انبار قرار دارد، نفوذ به داخل ۳۶ صندوق موردنظر، طی زمان باقی‌مانده و با استفاده از مشعل‌های هواگازی ممکن شد.»
در جریان این عملیات موساد، اسنادی از ایران به سرقت رفت که بر مبنای آن، پرونده پادمانی ایران در خصوص چهار مکان ادعایی آژانس بین‌المللی انرژی اتمی تشکیل شد و هرچند بر اساس همکاری تهران و آژانس عملاً پرونده دو مکان ادعایی بسته شده است، اما پرونده دو مکان دیگر همچنان باز است و تاکنون نیز سه قطع‌نامه شورای حکام را برای ایران به‌همراه داشته است.
علاوه بر جاسوسی و دزدی اسناد محرمانه، خرابکاری در سایت‌های هسته‌ای چالش دیگری است که تهران در مسیر فعالیت‌های خود بار‌ها با آن مواجه و گاه متحمل خسارت‌های مالی بالایی نیز شده است.
در تاریخ ۲۱ فروردین ۱۴۰۰، اقدامی خرابکارانه در تأسیسات غنی‌سازی اورانیوم نطنز رخ داد. یک روز پس از اعلام راه‌اندازی دوباره «مرکز مونتاژ سانتریفیوژ‌های پیشرفته» نطنز، ایران تأیید کرد که «حادثه‌ای در بخشی از شبکه توزیع برق تأسیسات غنی‌سازی نطنز» رخ داده است. روز ۱۲ تیرماه سال ۱۳۹۹ نیز وقوع یک انفجار در تأسیسات نطنز، به تخریب گسترده «مرکز مونتاژ سانتریفیوژ ایران» منجر شده بود.
خرداد ۱۳۸۹ ویروس استاکس‌نت در سراسر جهان انتشار یافت که بنا به نظر کارشناسان، طراحان آن یک منطقه جغرافیایی خاص را مدنظر داشته‌اند. رسانه‌های غرب بعداً گزارش دادند که آمریکا و اسرائیل پشت طراحی استاکس‌نت بوده‌اند و هدف از ساخت و ارسال این بدافزار، دستیابی به اطلاعات صنعتی ایران و ایجاد اختلال در سانتریفیوژ‌های گاز تأسیسات نطنز بوده است. تعطیلی یک‌هفته‌ای غنی‌سازی اورانیوم در ماه نوامبر سال ۲۰۱۰ در تأسیسات نطنز ظاهراً به‌منظور رفع آلودگی‌های ناشی از استاکس‌نت صورت گرفت.
فریدون عباسی، رئیس وقت سازمان انرژی اتمی ایران در سخنرانی خود در مقر آژانس بین‌المللی انرژی اتمی در وین گفت که در ۱۷ آگوست ۲۰۱۲ با استفاده از مواد منفجره کابل‌های برق در مسیر شهر قم به مجتمع فردو قطع شده است. او آژانس را متهم کرد که این انفجار ناشی از نفوذ عوامل جاسوس و خرابکار به درون این نهاد و استفاده آن‌ها از اطلاعات مبادله‌شده میان ایران و آژانس صورت گرفته است.
در ماده یک قانون سازمان انرژی اتمی ایران - مصوب تیرماه ۱۳۵۳ - دلیل اصلی تأسیس سازمان «استفاده از اشعه و انرژی اتمی در صنایع، کشاورزی و خدمات و ایجاد نیروگاه‌های اتمی و کارخانه‌های شیرین‌کن آب شور، تولید مواد اولیه موردنیاز صنایع اتمی، ایجاد زیربنای علمی و فنی لازم برای اجرای طرح‌های مزبور همچنین برقراری هماهنگی و نظارت بر کلیه امور مربوط به انرژی اتمی در کشور» بیان شده است.
محمد اسلامی، رئیس سازمان انرژی اتمی به‌مناسبت گرامیداشت سالروز شهادت دانشمندان هسته‌ای در دی‌ماه ۱۴۰۱ گفت: «زمانی، برای تأمین و تهیه تدارکات و اقلام موردنیاز تحریم‌ها را دور می‌زدیم، اما اکنون خودکفا شده‌ایم و می‌توانیم نیاز سایر کشور‌ها را هم برآورده سازیم؛ دارای قدرت صادرات هستیم هرچند قصد این کار را نداریم، اما اگر کسی و یا آژانس بخواهد، می‌توانند از ظرفیت‌های جمهوری اسلامی ایران استفاده کنند. اکنون آژانس بین‌المللی انرژی اتمی با مشاهده دستاورد‌های ما به‌صورت فوق‌العاده با احترام تقاضا می‌کند که این موارد را در اختیار سایر کشورهایی که معرفی می‌شوند، قرار دهیم. این مسئله نشان می‌دهد که کل زنجیره فعالیت ما در سوخت هسته‌ای خودکفاست. اگر ما غنی‌سازی و سوخت هسته‌ای نداشتیم و نمی‌توانستیم هیچ رادیودارویی تولید کنیم، همانند برخی کشور‌ها در تهیه این موارد دچار مشکل می‌شدیم. درحالی‌که اکنون و به لطف الهی در تمام این زمینه‌ها خودکفا شده‌ایم.»