در کنار فعالیت‌های فوق، دولت آمریکا تجهیزات مربوط به سلول داغ را نیز در اختیار ایران قرار داد. جز پروژه‌های مذکور، طی دهه‌های30 و 40، فعالیت‌های دیگری نیز در زمینه علوم و تکنولوژی هسته‌ای صورت گرفت که می‌توان به ایجاد شتاب‌دهنده واندوگراف، مرکز پزشکی هسته‌ای و یک چشمه کبالت پنج‌هزار کوری در دانشگاه تهران اشاره کرد. با حمایت‌های آشکار ایالات متحده، ایران در سال1958، به عضویت آژانس بین‌المللی انرژی اتمی درآمد. متن اساسنامه آژانس بین‌المللی انرژی اتمی مشتمل بر 23ماده و یک ضمیمه در جلسه روز سه‌شنبه شش خرداد1337 (1958) به تصویب مجلس (شورای ملی وقت) رسید و بدین‌ترتیب ایران عضو آژانس شد و اساسنامه آن را پذیرفت.
در 14اسفند1335(پنج‌مارس1957) موافقتنامه همکاری بین دولت ایالات متحده آمریکا و دولت ایران راجع به استفاده‌های غیرنظامی از انرژی اتمی امضا شد. این موافقتنامه که رئیس کمیسیون انرژی اتمی دولت ایالات متحده آن را امضا کرد، مشتمل بر یک مقدمه و 11ماده است. این موافقتنامه در تاریخ 12بهمن‌ماه 1337 به تصویب مجلس شورای ملی رسید. طبق ماده3 این موافقتنامه، طرفین، اطلاعات مربوط به امور زیر را مبادله خواهند کرد:
طراحی، ساخت و راه‌اندازی رآکتورهای تحقیقاتی و استفاده از آنها به عنوان وسایل تحقیقاتی توسعه و مهندسی و در معالجات رادیوتراپی
مسائل بهداشتی و استحفاظی مربوط به کارکرد و استفاده از رآکتورهای تحقیقاتی
استفاده از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو در تحقیقات فیزیکی و زیست‌شناسی، معالجات رادیوتراپی، کشاورزی و صنعتی.
طبق این موافقتنامه، کمیسیون انرژی اتمی آمریکا اورانیومی را که دارای مقدار زیادی ایزوتوپ 235 است به هر مقدار که به عنوان سوخت بدوی و علی‌البدل در به کار انداختن رآکتور تحقیقاتی لازم باشد، به دولت ایران واگذار می‌کند. کمیسیون همچنین مواد مورد نیاز برای ساخت و راه‌اندازی رآکتورهای تحقیقاتی در ایران را چنانچه در اختیار داشته باشد و تهیه آن برای ایران در بازار میسر نباشد، به دولت ایران یا به اشخاص تحت اختیار قانونی آن فروخته یا به اجاره واگذار می‌کرد.
مقاومت و تلاش برای استقلال کامل
انقلاب اسلامی برای گام برداشتن در جهت بهبود وضعیت اقتصادی و فنی در داخل، منطقه و جهان، ناگزیر از دستیابی به انرژی هسته‌ای است. علاوه بر آن امروزه صرف‌نظر کردن از این فناوری به لحاظ سیاسی نیز اشتباه است؛ چراکه مقاومت و پایداری برای حفظ حقوق هسته‌ای به نماد سیاست خارجی و عامل وحدت و همگرایی ملت ایران تبدیل شده است.
اگرچه ایران از ذخایر غنی نفت و گاز یا به عبارتی از انرژی فسیلی برخوردار است، انرژی فسیلی در مقایسه با انرژی هسته‌ای کالایی استراتژیک محسوب نمی‌شود. همچنین انرژی فسیلی و هسته‌ای می‌توانند در تعامل با یکدیگر به بهبود وضعیت داخلی از نظر فنی و اقتصادی کمک کنند؛ چراکه انرژی فسیلی باعث تک‌محصولی شدن اقتصاد و ضربه‌پذیرشدن دولت و در مواقعی، بحران سیاسی شده است، بنابراین کاملا مشخص است که مسئله انرژی هسته‌ای برای ایران یک امر اساسی است و یکی از اهداف ایران در راستای منافع ملی محسوب می‌شود.
با پیروزی انقلاب اسلامی و آغاز جنگ تحمیلی، فعالیت‌های هسته‌ای ایران به‌رغم دهه قبل - که سیری صعودی طی می‌کرد و توجه خاصی به آن مبذول می‌شد - دچار رکود شد و بسیاری از طرح‌های هسته‌ای متوقف شدند. به موازات عواملی چون حملات نظامی و تحریم‌های اقتصادی و صنعتی، فعالیت هسته‌ای ایران سیر نزولی را طی کرد.
تا قبل از وقوع انقلاب اسلامی در فوریه 1979 (بهمن1357)، رآکتور شماره یک بوشهر به میزان 85درصد و رآکتور شماره دو نیز 65درصد پیشرفت فیزیکی داشتند. با پیروزی انقلاب، مهدی بازرگان - رئیس دولت موقت - دکتر فریدون را به ریاست سازمان انرژی اتمی منصوب کرد. به دنبال آن عملیات ساخت نیروگاه بوشهر به عنوان بزرگ‌ترین پروژه اجرایی هسته‌ای خاورمیانه در زمان خود، متوقف شد و بسیاری از برنامه‌های هسته‌ای دیگر نیز به حالت تعلیق درآمد.
فسخ قرارداد بزرگ دو میلیارد دلاری تأسیسات غنی‌سازی اورانیوم (یورودیف) فرانسه، که منجر به پرداخت خسارت 900میلیون فرانکی از سوی ایران نیز شد، تبعات جبران ناپذیری را برای فعالیت‌های هسته‌ای ایران در پی داشت.همچنین شرکت آلمانی زیمنس حاضر به تکمیل نیروگاه هسته‌ای بوشهر نشد و فعالیت‌های هسته‌ای ایران که عمدتا مربوط به دو نیروگاه در حال ساخت با کمک آلمانی‌ها و فرانسوی‌ها بود تا سال1364 معلق شد. البته در این زمان، این تاسیسات به طور مکرر هدف حملات هوایی رژیم عراق قرار گرفت، به نحوی که شرکت‌های غربی حاضر به ادامه کار نبودند. شرکت‌های فراماتوم، آلستوم، اسپی باتینول و فراماتک به بهانه عدم‌پرداخت چند قسط از اقساط مقرر مبادرت به تعلیق کارها و سپس قرارداد نیروگاه کردند.
پس از تثبیت شرایط سیاسی در داخل و مهیاشدن انسجام ساختاری در نظام حقوقی، انگیزه‌های احیای پروژه هسته‌ای ایران قوت بیشتری گرفت. در این زمان، مسئولان نظام تصمیم گرفتند که همزمان با تلاش برای ساخت نیروگاه‌های بوشهر و دارخوین، ساخت تاسیسات سوخت هسته‌ای را نیز دنبال کنند. در این راستا سال1363 (1985)، سال شکل‌گیری عزم و اراده ملی در فعالیت‌های هسته‌ای به شمار می‌‌رود.
در این زمان ایران متخصصان هسته‌ای ایرانی مقیم خارج از کشور را به استخدام خود گرفت و کوشش کرد تا برنامه نیروی رآکتور خود را به عنوان راهی برای غنی‌سازی مواد نوسازی کند. بدین‌ترتیب در سال1363 فعالیت مجتمع رآکتور بوشهر دوباره آغاز شد.عدم‌قبول دولت‌های غربی در همکاری با ایران باعث شد، جمهوری اسلامی ایران وارد رایزنی با روس‌ها در سال1989(1368) شود که در نهایت در دی‌ماه 1373منجر به انعقاد قرارداد سنگین 800میلیون‌دلاری با روسیه شد، (اگرچه روس‌ها به‌دلیل فشارهای آمریکا نیز تا سال1377به‌طور جدی نتوانستند برنامه‌های خود را عملیاتی کنند.)هیچ‌یک از این تلاش‌ها مشکلات ایران در زمینه بازسازی برنامه رآکتوری را رفع نکرد اما به هر حال این تلاش‌ها حاکی از عمق توجه ایران به این مسئله بود.
در این زمان ایران تصمیم گرفت کارخانه تولید «کیک زرد» را در اردکان یزد در سال1371تاسیس کند و رآکتور پنج مگاواتی امیرآباد را که از اواخر دهه60م فعال بود دوباره طراحی و از سوخت اورانیوم با غنای 20درصد استفاده کند. همچنین درنظر داشت در اواسط دهه1370رآکتور نوترونی مینیاتوری که یک رآکتور 30کیلوواتی آب سبک است را در مرکز تکنولوژی هسته‌ای اصفهان تاسیس کند. بدین‌منظور رآکتور آب سنگین نیروی صفر که یک رآکتور 100واتی آب‌سنگین است در مرکز هسته‌ای اصفهان در اواسط دهه70راه‌اندازی شد و ایران تکنولوژی طراحی ماشین‌های سانتریفیوژ را نیز به‌دست‌آورد.
روسیه توانست به سرعت حدود 150متخصص را بعد از امضای موافقتنامه با ایران جهت تکمیل نیروگاه بوشهر به‌کار گیرد، به همین منظور، ارسال لوازم و تجهیزات را در سال 1996آغاز کرد همچنین اعلام کرد که درنظر دارد حداکثر دو هزار نفر روسی را به‌کار گیرد و به حدود 500متخصص ایرانی آموزش دهد. (شایان ذکر است که روسیه طبق موافقتنامه موجود اساسا باید امور مربوط به رآکتور اول را تا قبل از سال 2000به پایان می‌رساند.) به هر حال تاریخ تکمیل و هزینه موافقتنامه بستگی به این داشت که روسیه یا از تجهیزات موجود، استفاده مطلوب را می‌کرد یا اینکه از طرح رآکتور خودش به نام (1000VVER) برای تکمیل آن استفاده می‌کرد.
تجهیزات دو رآکتور فوق در خلال جنگ ایران و عراق تخریب شده بودند و رآکتور روسی VVER با رآکتور 1300مگاواتی زیمنس تفاوت داشت. همچنین شرکت زیمنس هنوز خود رآکتورها و مولدهای بخار که برای توربین‌ها بخار تولید می‌کردند را نصب نکرده بود.
کارشناسان و متخصصان روسی دورآکتور را در سپتامبر 1994(شهریور 1372)، مورد بازرسی قرارداده و به این نتیجه رسیدند که خرابی‌های موجود گسترده است و لذا فقدان اسناد فنی آلمانی می‌تواند به‌کار آنها لطمه وارد کند لذا تغییر طرح قدیمی رآکتورها که مربوط به دهه70میلادی است و طراحی جدید برای ساختمان‌ها برای استفاده از رآکتور روسی با ظرفیت هزار مگاوات به نام (1000VVER) که از آب برای خنک‌سازی آن استفاده می‌شد ضروری است.
روسیه در 18مارس 1996(اسفند 1373) اعلام کرد که مشکل کلیدی برای اجرای برنامه بازسازی رآکتورها در دسترس نبودن اسناد فنی تجهیزات آلمانی نصب شده در بوشهر است و اینکه روسیه درصورت عدم‌توانایی ایران برای تهیه اسناد مزبور که آلمان نیز مایل به عرضه آنها نبود، می‌باید تجهیزات جدیدی را جایگزین تجهیزات‌آلمانی کند. روسیه معتقد بود ساخت یک نیروگاه جدید آسان‌تر است ولی ایران اصرار داشت همان نیروگاه قبلی تکمیل شود.
بحرانی‌ترین مرحله تاریخ هسته‌ای ایران از سال 2002آغاز شد. این سال نقطه عطفی در فعالیت‌های هسته‌ای ایران است. پس از این مرحله، ایران هزینه‌های مادی ومعنوی بسیاری را به‌صورت تحمیلی از سوی جامعه بین‌المللی متحمل شده است چرا که ایالات‌‌متحده به‌شدت مقابل فعالیت‌های ایران موضع‌گیری کرد. در حقیقت جنگ سردی از طرف آمریکا بر ایران تحمیل شد. در سال 2002آمریکا با انتشار تصاویر ماهواره‌ای مبهم از دو سایت هسته‌ای اراک و نطنز، ایران را به داشتن برنامه تسلیحات هسته‌ای متهم کرد. ریشه این افشاگری بی‌اساس به گزارش مجعول گروهی به نام شورای مقاومت ملی، وابسته به گروهک منافقین در آگوست 2002 باز می‌گردد.
ایران این اتهام را رد کرد و به‌صورت داوطلبانه به آژانس پیشنهاد بازرسی از تجهیزات خود را داد. به‌دنبال این پیشنهاد، محمد البرادعی در سال 2003برای اولین‌بار موضوع هسته‌ای ایران در شورای حکام آژانس بین‌المللی انرژی اتمی را مطرح کرد. در بیانیه این شورا از ایران خواسته شده بود تا گازدهی نطنز را به حالت تعلیق درآورد و پروتکل الحاقی همکاری بیشتر با آژانس بین‌المللی انرژی اتمی را امضا کند. پس از این ایران وارد دوره‌ای از برنامه هسته‌ای خود می‌شود که نظارت نظام حقوقی بین‌المللی بیش از پیش افزایش پیدا کرده است. در این دوران فعالیت هسته‌ای ایران در فراز و نشیب پرنوسانی قرارمی‌گیرد.
«حرکت و توقف» از ویژگی‌های بارز این دوره از فعالیت‌های هسته‌ای ایران است. پس از مذاکرات متعدد و مستمر با آژانس، اتحادیه اروپا به‌طور جدی وارد مذاکرات شد؛به‌طوری که از سال 2004به بعد یکی از طرف‌های جدی و مهم مذاکرات هسته‌ای با ایران، اروپا بوده است. پس از هر دوره از مذاکرات، به فراخور پیشرفت در مذاکرات یا بن‌بست آن، فعالیت‌های هسته‌ای ایران شاهد حرکت یا توقف بوده است. از آغاز پیگیری پرونده ایران تا این زمان 11 قطعنامه از سوی شورای حکام در مورد فعالیت‌های هسته‌ای ایران صادر شده است که اغلب رویکرد سیاسی داشته‌اند. پس از فراز و نشیب‌های فراوان و مذاکرات هسته‌ای طرفین، در نهایت پس از گزارش سیاسی سال 2005، دبیرکل آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، پرونده هسته‌ای ایران را به شورای امنیت سازمان ملل ارجاع داد. به همین علت، ایران متحمل تحریم‌های اقتصادی و سیاسی بسیاری از سوی شورای امنیت و به‌ویژه ایالات متحده شده است.
گزارش‌های دبیر کل آژانس بین‌المللی انرژی اتمی اثر بسزایی در مذاکرات طرف‌های هسته‌ای ایران داشته است آخرین گزارش محمد البرادعی، دبیرکل آژانس در تاریخ 15نوامبر2007منتشر شد. طبق این گزارش، افق روشنی به روی پرونده هسته‌ای ایران باز و بسیاری از ابهامات باقی مانده، طبق این گزارش رفع شد. به‌عبارت دیگر براساس این گزارش دلیل ارجاع پرونده هسته‌ای ایران به شورای امنیت سازمان ملل‌نقض شد.