由于使用原子弹事关重大，美国最高决策层非常慎重地进行了研究和讨论。投掷原子弹是二战末期的一次重大军事政治事件，从决策开始一直到战争结束之后很长时间里都存在着争议。争议的焦点是应该不应该和有没有必要对日本使用原子弹。

    1945年6月，以美国陆军部长史汀生为首的8人原子弹研制委员会和4位科学家组成的专业顾问组对原子弹的使用进行了讨论。有的人出于人道主义考虑，建议邀请日本派出代表观摩在无人区的核爆炸，进行技术性威慑；有的人则表示反对，认为技术威慑太天真，应当先对日本提出警告，如日本仍坚持拒不投降，就用原子弹来结束战争；还有人认为如果事先进行核警告，而一旦投掷的原子弹因故没有爆炸，那将鼓舞日本军国主义者，并使美国以后的警告和劝降失去作用，因而不主张事先进行核警告。

    科学家们则反对使用原子弹。核物理学家利奥·西拉德，就是请求爱因斯坦致信罗斯福的两位科学家之一，明确表示反对美国单方面使用原子弹；甚至于说服罗斯福下令开始原子弹研制的萨克斯博士也力劝罗斯福不使用原子弹；被誉为美国“原子弹之父”的奥本海默认为，即使不靠原子弹，美国也能取得对日战争的胜利，因此，从文明和道义出发他反对使用原子弹；以詹姆斯·弗兰克教授为首的一批核物理学家联名上书，表示使用原子弹固然可以获得军事上的某种收益，但与因此而激起全世界的恐怖和厌恶相比，还是得不偿失的，并将在战争结束后助长核军备竞赛。

    史汀生部长坚持只有使用原子弹才能避免在日本本土登陆而付出的巨大伤亡。他指出，在太平洋上很多岛屿上进行的战斗表明，日军在遭受极其猛烈的轰炸和炮击情况下，依然拼死顽抗，因此完全可以推断出，尽管对日战略轰炸已给日本造成了巨大损失，但在日本本土实施登陆仍将遭到顽强抵抗，所以必须选择一个城市投掷原子弹，迫使日本接受无条件投降。原子弹委员会最终决定，选择具有军事和政治目标的城市，实施原子弹轰炸，而且事先不进行警告。

    6月18日，杜鲁门总统在白宫会议室召开了对日最后作战方针的讨论，参加者有陆海军总司令参谋长威廉·李海海军上将、海军总司令欧内斯特·金海军上将、陆军参谋长乔治·马歇尔陆军上将、陆军航空兵司令阿诺德和陆军部长史汀生。杜鲁门一一征求与会者的意见。起先，除了杜鲁门和史汀生外，其他人都不知道原子弹，因此一致建议在九州实施登陆。但随后史汀生提出了使用原子弹，令所有人都大吃一惊，并引起了激烈争论。

    反对使用原子弹的一方认为：

    从当时的国际环境来看，进入1944年底，德国的战败已成定局，而且已不可能研制出原子弹。日本则根本没有足够的技术和人力物力去研制原子弹。在轴心国已构不成核威胁的情况下，根本就没有必要使用原子弹。如总统参谋长威廉·李海海军上将认为，使用原子弹只是为了让巨额投资向国民有个交代而已；太平洋战区总司令尼米兹则认为，使用原子弹是不道德的战争手段，美国不应当采取这样的行动；空军负责人阿诺德表示，仅凭战略轰炸就足以摧毁日本的战争经济基础；欧洲战场的英雄艾森豪威尔认为，原子弹巨大的杀伤力将使众多平民死于非命，这和法西斯的野蛮屠杀并无二致，使用原子弹只会引起世界舆论的指责。