中華民國曾在歷史上三度研製核武器，過程深受國共內戰、冷戰中的中美關係與兩岸軍事對峙之影響而波折不斷，最終在1988年1月當該計畫接近實用化階段時，受美國介入而被迫終止，相關設備與物資隨即遭拆毀與收繳。
1945年8月美國對日本廣島、長崎投下原子彈後，國民政府即有發展核武器之構想：蔣中正親批50萬美金經費、陳誠與俞大維統籌、派遣曾昭掄、華羅庚、吳大猷等學人赴美研習，但隨國共內戰失利、政府遷台而未能落實。1950年韓戰爆發後美方轉而協防台灣，並於1957年至1974年間在台南部署裝載核武的「鬥牛士」飛彈與核航彈以威懾中華人民共和國。1964年中國大陸成功進行首次核試爆後，蔣中正旋於同年指示中山科學研究院擬訂「新竹計畫」，並於1965年命次子蔣經國督導。此一計畫於1967年因內外壓力暫告擱置：對內，物理學家吳大猷以預算過鉅、台灣腹地過小無法地下試爆、科技人才不足等理由正式異議；對外，美國成功阻撓西德西門子向台灣出售關鍵重水反應爐，使對外採購告吹。
1971年中華民國失去聯合國席位之後，蔣中正決定以更隱蔽的方式重啟核武研發，名為「桃園計畫」：1969年自加拿大取得一座40兆瓦、以重水為慢化劑、可生產武器級鈽的「台灣研究用反應器」；於桃園楊梅之核能研究所建立「鈽燃料化學實驗室」、燃料製造廠與小規模再處理設施；並向西德UHDE-Lurgi、法國聖戈班、比利時Comprimo等公司洽購大型再處理設備、自南非秘密取得未經申報之鈾。1972年底美國經歐洲共同體辦公室之密報察覺此一動向後，於1973年向台北抗議，並於1977年4月12日由大使安克志向蔣經國遞交六項原則的秘密協議，迫使台方終止再處理、移交分離鈽、暫停研究反應爐運轉。
1979年與美國斷交後，台北軍方主導之鷹派藉勢推動秘密復興：參謀總長郝柏村與中山科學研究院代理院長葉昌桐、核能研究所所長劉光霽於1980年代重新整合計畫，1985年於屏東九鵬基地成功進行內爆裝置之冷試驗，並於中山科學研究院控制之軍事用地秘密興建年產10至20公斤鈽的分離廠；至1987年底，台方核彈頭設計已接近完成，與計畫整合之經國號戰機為預訂投送載台。然1988年1月，核能研究所副所長、長期為美國中央情報局提供情報的張憲義上校出走美國；翌日蔣經國逝世，李登輝繼任總統。美國總統隆納·雷根親函要求全面停止核武研發，美方核能技術小組同月抵台，「台灣研究用反應器」隨即停機，秘密鈽分離廠以混凝土永久封閉，中科院與核能研究所在組織上完全切割。
2000年代陳水扁總統任期內，曾有傳聞稱台灣可能重啟核武研製，但歷任政府均堅稱不會發展核武器，亦無直接技術證據佐證該等傳聞。隨著2010年代後期中美關係緊張，美、台民間偶有提倡核武裝以為安全保障之聲；台灣之科研基礎亦使其被一些學者與機構視作能迅速研發核武的「核潛伏國家」。然而學界主流觀點認為，台灣在當前民主開放的政治環境下，已不可能像威權時期秘密發展核武，且地理、政治與經濟層面相對於中華人民共和國均處於絕對劣勢，即便啟動計畫，亦極可能在研發初期即遭對方先制打擊或國際制裁而崩潰。
大陸時期的初期構想
廣島原子彈衝擊與情報接觸
美軍司令兼蔣中正參謀長阿爾伯特·魏德邁中將曾向國民政府兵工署長俞大維中將提供原子彈研製情報]]
1945年8月6日與9日，美國對日本廣島、長崎投下原子彈，被視為迫使日本投降的關鍵因素，亦於戰後國際間引發對核武器的廣泛關注。國民政府將此一新型武器視為戰後中國國防的重大威脅；白崇禧於1946年6月21日呈蔣中正之意見書中即直言：「各國科學之發達，今後積極研究，則類似原子彈或更加猛烈之秘密新式武器勢必繼續發明」，「我國科學落後，對此最感威脅與痛苦」。學界亦有國立上海臨時大學教員鄭昌時、趙瑞熊等人陸續呈文，力勸國民政府迅即展開原子能研究。當時蔣中正以「美、蘇、英、中」世界第四強自居，認為唯有取得原子彈方能在戰後國際事務中享有發言權。
出身浙江紹興、先後就讀哈佛大學與柏林洪堡大學、歸國後執掌國民政府軍政部兵工署的俞大維，於中美聯合參謀本部中閱及美方關於原子彈研製進程的報告，即由亨利·德沃尔夫·史迈斯教授執筆、後於1946年解密出版的《史邁斯報告》。報告當時仍為機密，俞大維所以能取得，主因阿尔伯特·魏德迈於1944年10月接替约瑟夫·史迪威出任中國戰區美軍司令兼蔣中正參謀長後，與俞大維因聯合參謀作業結為摯交。據吴大猷在《回憶》中所記，魏德邁向俞大維交付這份報告時並直接詢問：「你們要不要派人到美國學造原子彈？」俞大維隨即將報告轉呈蔣中正，蔣交辦軍政部長陳誠與次長俞大維統籌規劃，此即國民政府研製核武器的開端。據李元平所撰《俞大維傳》（1994）中所述，俞大維本人並曾獲准閱及美方關於三位一體核試之機密文件。
除文件情報外，國民政府亦於戰後初期循盟邦管道直接接觸美國的核試爆現場。1946年7月，美國於馬紹爾群島比基尼環礁進行戰後首次正式核試爆，代號「十字路口行動」，邀請美方盟邦派員觀摩；中華民國因此得以派出一名兼具軍官身分的物理學者，與其他美國盟邦同僚一同前往觀摩試爆。據奧爾布萊特與斯特里克所述，該批中方代表雖受美方嚴格安保管制，仍盡可能蒐集關於核爆當量、衝擊效應與輻射影響等技術資料以帶回國內研究。蔣中正同時並利用此一管道遣派包括吳大猷在內的5位科學家赴美深造原子能研究，此即下節所述「機構籌建、人才培養」之先聲。
機構籌建、人才培養與鈾礦勘探
、左六為吴大猷，右一為俞國華、右二為李國鼎、右四為陶聲洋、右五為蔣彥士]]
1945年秋，西南聯合大學教授曾昭掄、華羅庚、吳大猷三人應軍政部之召前往重慶，諮議籌劃原子彈發展計畫。三人以「有人才有彈」為共識，著手物色赴美研習人選：曾昭掄主化學，推薦唐敖慶與王瑞駪；華羅庚主數學，推薦孫本旺；吳大猷主物理，推薦朱光亞與李政道；軍政部原訂6人名額，因華羅庚部分僅選1人，剩餘空額由先期在美的徐賢修頂補。在選定人員後，吳大猷另一面為各人加授近代物理速成課程，一面將《史邁斯報告》分作五份，由前述五位青年學者各譯一段、再經吳大猷校閱後送交軍政部，惟譯稿不久即在部內遺失。1946年8、9月間，赴美學人陸續抵達美國西岸，與已先期到達的曾昭掄會合，吳大猷則因隨周培源等人赴倫敦參加牛頓誕辰300週年紀念會，稍晚抵美。由於美國將原子彈研製列為核心機密，赴美學人雖原欲進入相關研究機構考察，最終皆無從如願，僅得在軍政部許可下分赴各大學進行研究與學位深造。
1946年8月，曾任中央大學校長的顧毓琇在美國訪問加州大學教授歐內斯特·勞倫斯，後者表示樂於協助中國建造迴旋加速器；顧毓琇隨即報告蔣中正，請其「高瞻遠矚，賜准製造原子試驗器」。蔣中正聞此即批撥50萬美金作為研製經費，是國民政府原子能計畫獲得最高領導人正式撥款的肇端。此後，類似的撥款請示由各方陸續上呈：1946年9月19日，中央研究院院長朱家驊呈蔣中正轉達美國原子能委員會主席布西氏（）願協助中國設立原子能研究所之意；同年10月12日，朱家驊再呈，請撥20萬美元用於籌制原子試驗器並指定中央研究院主持；1947年2月17日，國立北平研究院副院長李書華呈國民政府，請撥美金40萬元進行原子核物理及原子能研究。各筆撥款請示與相關計畫雖一一上呈，然實際落實者甚少。1946年3月，軍統局長戴笠向蔣中正提議，留用日本在上海所設自然科學研究所之佐藤秀三等7名日籍研究員，假以「原子能研究」名義交付任用。然此議經中央研究院審慎審議後，因日籍研究員多為二、三流人才、研究方向亦與原子能無直接關涉，加以保密考量及國際觀感，遭楊肇燫等15位、張孝威等28位中央研究院研究員兩度聯名上書院長朱家驊反對，1946年7月院務會議裁定「暫無留用之必要」，計畫遂告作罷。
與機構籌建並行，國民政府亦自資源層面推動鈾礦對外合作。抗戰勝利前，國民政府對國內放射性礦物的分布並不十分清楚，相關勘察工作僅由個別地質工作者展開，其中最重要的成果為地質學家南延宗等人於1944年發現的廣西黃羌坪鈾礦。華北、東北光復後，國民政府接收大員自日俘、蘇聯佔領軍處取得日本侵華期間勘測並開採之東北、華北鈾礦情報，並獲得部分日方留存資料；其中以遼東海城鈾礦最為日方重視，相關日籍地質學家、礦物學家並曾為其制定詳盡之勘測與開採計畫。1946年1月10日，熊式輝電蔣中正報告蘇軍派地質學家赴海城調查鈾礦產源、並利用日人進行原子能研究之動向；同年2月1日，李宗仁亦電蔣中正轉述日人西田所稱可召集日本在華原子彈研究人員、且百靈廟鈾礦年產量可達6噸之說法。
掌握上述情況之後，國民政府一面推動鈾礦開採準備工作，一面透過美國駐華大使館聯繫美國政府表達合作意向。負責對美洽商者為資源委員會委員長翁文灝：其先以國民政府代表身分與美國駐華大使司徒雷登建立聯繫；司徒雷登表達美方興趣後，翁文灝經請示蔣中正後提供中方所掌握的鈾礦資料。其後美國原子能委員會與美國國務院派遣專員赴華進行實地地質調查、與中方專家會談，雙方代表草簽《中美合作探勘鈾釷等礦協定草案》；美方並於1947年11月20日將草案電告國務院以備修改。國民政府透過此一草案提出三項訴求：在聯合勘測、開採鈾礦之行動中佔據主導地位；由美方協助培養相關人才與建立實驗室；由美方提供相關儀器設備與使用說明。關鑫宇將此一構想概括為「資源換技術」：以中國境內鈾礦的開採權換取美方之核能技術轉移。蔣中正原則同意後，將草案交行政院院長張群復核。然而美方審查耗時甚久，至1948年3月24日，國務卿喬治·卡特利特·馬歇爾始電告司徒雷登關於國務院與原子能委員會的修正意見。中美交涉期間，國民政府於1948年4月頒布《鈾釷礦管理辦法》，將鈾釷礦開採及出口收歸國家、不准私人或地方擅自開採。1948年11月4日，因貨幣改革失敗等多重因素，翁文灝向司徒雷登表達即將率內閣總辭之意，雙方合作談判隨即擱置；至1949年蘇聯首次核試後，聯合國原子能委員會之國際控核談判亦同步陷入失敗。
國共內戰致計畫中斷
1946年起國共內戰全面爆發後，國民政府陷入軍事與財政雙重困境，籌建國防科研機構之事根本無暇顧及。1946年8月，國防部第六廳廳長錢昌祚雖曾調撥兵工署外匯墊付吳大猷、曾昭掄、華羅庚的赴美經費，然原擬在中國本土設置原子能研究機構之構想自此停擺。據關鑫宇之研究，由戴笠、李宗仁等人建議成立、由俞大維所組建的「原子能相關委員會」實際上未真正運作；經選派赴美的留學生亦因美國對原子能技術之嚴格管控，並未直接學習到核物理科學。被俘日人大草正司為國民政府草擬之《遼東海城鈾礦開採計畫書》（1946年11月16日），亦因東北戰局逆轉而化為空文。
國共內戰末期，資源委員會集體於1949年初轉投中共政權，原本累積之鈾礦勘察資料、研究人員與規劃文件均為新政權所掌握。曾任資源委員會礦產測勘處處長的謝家榮因熟稔境內已知鈾礦產地，於中華人民共和國成立後與南延宗等人在探查鈾礦藏地之工作中立有功勞；大草正司為民國政府草擬之計畫與報告，迄今仍藏於北京全國地質資料檔案館、屬涉密檔案。前述五位赴美學人之中，僅吳大猷一人於1960年代以顧問身分與台灣的核計畫產生關連；朱光亞則於1950年返國後參與中華人民共和國的核武研製，後成為其核武計畫的主要參與者之一。
1949年國民政府遷台時，包括兵工署相關檔案、原子能研究經費、招攬之科技人才在內的整套基礎，均連同大陸建制一併放棄；蔣中正自言曾盼中國能成為「世界第二個」擁核國家的構想，至此告終。然關鑫宇亦評論，民國政府的原子能計畫雖以失敗告終，「但畢竟開中國原子能事業之先河」：其鈾礦勘察成果、人才培訓網絡與機構雛形，均為日後兩岸各自的核能發展奠定了部分基礎。
1950年代的核能基礎建設
加入國際原子能總署與《民用原子能合作協定》
，為中華民國第一座原子爐]]
1953年8月苏联試爆氫彈成功，迫使德怀特·艾森豪威尔政府重新調整核能政策。同年12月8日，艾森豪在聯合國大會發表「」（）演說，主張將原子能技術用於和平用途，並承諾與其他有意願的國家在聯合國框架下展開合作。隨後美國國會於1954年通過新版《》，大幅放寬對外原子能合作之範圍。對失去大陸鈾礦資源的中華民國當局而言，「以資源換技術」的舊構想已破產，核能發展更須仰賴美方援助。
1955年5月12日，行政院院會審議外交部關於響應美方倡議的報告，決議授權外交部正式表態支持籌建國際原子能機構。同年5月17日，美國駐台代表向台外交部轉達美國國務院的合作意向，希望於同年國會休會前完成談判與立法。台外交部於5月24日決議與美方展開合作，駐美大使顧維鈞隨即於5月28日在華盛頓與美方草簽《民用原子能合作協定》（）。1955年7月18日，顧維鈞、美遠東事務助理國務卿饒伯森、美國原子能委員會主席路易斯·史特勞斯在華盛頓正式簽約。協定規定美方提供原子能科學情報與鈾235燃料、援助設置研究用核反應爐，並可探討發電級反應爐之合作；台方則須提供研究成果資料、接受美方檢察、承諾不將援助用於軍事目的；美方所供燃料限定於不超過6公斤、且鈾235含量不得超過20％。
協定簽署後，行政院於同年指派教育部、國防部、經濟部與台灣省政府四單位代表組成「行政院原子能委員會」（簡稱原能會），由教育部部長兼任主任委員，旁聘8位學界專家委員。原能會雖名義上以民用開發為主，但國防部所屬兵工研究院與國軍第四廳均以核心執行單位身分加入，使其組織自始即帶有為武器化保留空間之意涵。1957年國際原子能總署於維也納成立後，中華民國以創始成員之身份取得指定理事席次。
清華大學核反應爐
《民用原子能合作協定》落實後的第一項合作即為在台建造研究用核反應爐。1955年起，由前北京清華大學校長梅貽琦、原能會委員李熙謀與駐美公使譚紹華在華盛頓與美方洽商援建事宜。完成在美任務後，梅貽琦返台於新竹建立國立清華大學，並獲增聘為原能會專家委員，將美方援助之原子能圖書交由台灣清華大學保管。1958年7月，清華大學核反應爐開始安裝；1959年6月14日，蔣中正親臨清華大學視察反應爐建設情形。1962年初，這座一兆瓦功率的池水反應爐達成首次臨界，為中華民國第一座核反應爐。同期，於美國原子能委員會提供的全額培訓計畫下，1955年至1959年間台方共派出30位科技人員赴美研習，研習領域涵蓋核物理、核工程、原子能農業與醫學運用等；返國後絕大多數任教於清華大學與台灣大學，構成日後核研發體系的人力基礎。
值得注意的是，據後來成為美國中央情報局情報來源的張憲義回憶，1960年代初期清華大學原子科學研究所有約三分之二的學生為現役軍官。在校客座講授者中，有部分為大陸時期遷美、進入美國國家實驗室工作的中國科學家，1964年並有名為鄭厚瓏（）者於該所講授爆轟與槍式裂變武器原理；當時清華大學在敘述上將曾任教於北京清華大學的人士視為同校校友，故彼此交流頻繁，對核武敏感資訊的安全管控亦相對寬鬆。
美軍核武進駐
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1950年代中起，第一次與第二次台海危機接連於1954年與1958年爆發，美方在外交與軍事上同步調整對台政策。1954年12月，美方部署裝載核武的「中途島號」航空母艦至台海，並於沖繩部署核武器以遏阻中華人民共和國對金門、馬祖之攻擊。1955年3月6日，美國國務卿約翰·福斯特·杜勒斯在訪台前向艾森豪報告時表示，不能坐視金門、馬祖的國軍部隊被擊潰，並暗示此意味著需動用核武器。1958年八二三炮戰期間，杜勒斯訪台與蔣中正會晤時，討論以「戰術性核武器」對抗大陸的可能性；蔣中正當日在日記中寫下「予我以原子重砲，毀滅其砲兵陣地」的設想。
1957年5月7日，台美聯合宣布「鬥牛士」巡航飛彈進駐台灣，為美國空軍核飛彈部隊首次派駐遠東。實際運抵時間早於宣布：5月1日設施作業已展開，5月8日首批飛彈運抵台南空軍基地。該批飛彈隸屬美國空軍第17戰術飛彈中隊（後改編為第868戰術飛彈中隊），1957年11月底完成部署，並於大岡山與澎湖馬公設置AN/MSQ-1雷達導引站，由駐台美國空軍第13航空特遣隊節制。射程約1000公里的鬥牛士飛彈於1958年3月25日首度公開展示、5月2日首度試射。據美國國防部1978年提交國會的解密報告，鬥牛士飛彈配備核彈頭的部署時間為1958年1月至1962年6月；自1959年5月10日起短期內處於快速核打擊戰備，其後改為「彈頭與彈體分儲」的低度戰備狀態。供戰機掛載的核航彈則於1960年1月至1974年7月期間部署於台南基地。1960年1月美方正式同意在台部署核武器後，駐台核武數量逐步增加，1967年詹森總統任內達到約200枚以上的高峰，至1970年代美中關係轉變後始告撤離。
新竹計畫
中華人民共和國核試驗成功的衝擊
」原子弹成功試爆，使該國成為第五個核武國家，同時也使中華民國政府陷入恐慌，最終推動其核武計畫發展]]
1964年10月16日下午3時，中華人民共和國於新疆羅布泊成功試爆代號「596工程」之首枚原子彈，使其成為美、蘇、英、法之後第五個擁有核武器的國家。此事對中華民國政府衝擊甚大，奧爾布萊特與斯特里克明確記述「台灣的政治體系隨即陷入緊急狀態」（），美駐台北大使館經解密外交電報「反映出近乎驚惶失措的氛圍」（）。
蔣中正本人對試爆特別感到震驚，原預估中華人民共和國至少還要3年才會成功試爆。此一誤判源於1960年中蘇分裂後莫斯科突然中止對中華人民共和國之核援助，致美方與台北皆認為其無法獨立於短期內完成必要設施與武器化。儘管美國已於《中美共同防禦條約》承諾協防台灣、並於台南部署核武器與投送載具，台北的安全感「仍因此次試爆而劇烈動搖」。據解密電報，外交部長沈昌煥向美方表達其對試爆對中華民國國軍士氣與國內反應的嚴重憂慮；蔣中正本人則向美方坦承其恐懼「台灣可能在單次核打擊中被全面抹除，美國的反擊將無法及時阻止毀滅」。台北亦憂心此一試爆於政治面所帶來的後果，認定中華人民共和國於國際舞台上之地位將大幅提升、構成對台北等量之政治損失。
台北高層的反應在事前甚至顯示出對中華人民共和國核子能力的低估。10月29日，總統蔣中正向美國駐台大使坦言，自己原預估中共尚需3至5年方有可能成功，因此於試爆前不久（10月5日）才將此預測與來訪的《時代雜誌》創辦人亨利·魯斯分享。賴特在發回國務院的政情觀察電報中分析，中華人民共和國核試爆成功對台北所帶來的衝擊，令臺北高層憂心此一局面將為台灣乃至整個亞太地區的權力平衡帶來新的挑戰。據賴特所稱，當時甚至有部分國民黨中央常務委員如陶希聖等公開指稱「美國過去數年來對中共核子能力『錯誤』的預測」，導致其反共盟邦對核試爆成功此一結果感到困擾。
蔣中正、宋美齡及其他台灣官員此後利用各種場合宣稱「中共的主要目的就是摧毀台灣及其國民黨」、「在當今最大的威脅是中共而不是蘇聯」，並多次建議美國在中共擁有危險的核力量之前以常規武器摧毀其核設施。劉洪豐進一步指出，許多台灣高層領導人（包括蔣中正本人）都多次敦促美國對大陸核設施發動軍事打擊、要求成立亞洲反共防禦組織、甚至創建共同防禦力量。然美方主流意見認為中華人民共和國核能力與美國不能相提並論，先制打擊得不償失，最終予以拒絕。1966年1月，美方正式拒絕台灣以軍事手段摧毀大陸核設施之請求，蔣經國對此「失望且惱怒」；同年12月魯斯克國務卿訪台時，蔣中正向其表示：「我已開始擔憂北京將以『十至十二枚武器』對台灣發動核打擊、將整個島嶼化為灰燼」。
蔣中正同期亦展開對台灣自身核武能力的謀思。據陳波研究，1964年大陸宣布核爆後蔣中正旋於同期指示組建中山研究院作為主要的核武研發載體；該機構從事軍事領域的核、電子、化學與飛彈研究，主要由軍方撥款，與政府的科學發展委員會、原子能委員會、清華大學關係密切，成立之初十分保密，連中央情報局亦難刺探其全貌。據近年陸續公開的蔣中正日記與美方解密之外交、軍事與情報文件，台北高層研發核武之念頭幾乎與中華人民共和國成功試爆首枚原子彈同時開始醞釀。據佩林所述，蔣中正告訴唐君鉑：「共黨正在研究原子彈，我們要確保反攻大陸成功，確保台灣『復興基地』安全，不能完全依賴美國人，要有自己的核子武器」；自此核武研發技術成為1970年代台、美之間波折不斷的盟邦關係中，最嚴峻且具爭議的外交議題之一。
計畫的啟動與構想
1965年7月，蔣中正命令國防部次長唐君鉑籌建中山科學研究院和核能研究所，並撥款1億4000萬美元用於核武器與陸海空三軍各軍種武器裝備的研發（一說此撥款為1967年）。據陳波研究，中山研究院初成立時極為保密，連美國中央情報局亦難以刺探；該機構直屬參謀總長領導，並與政府的科學發展委員會、原子能委員會、清華大學關係密切。台灣當局並隨即廣納高素質科技人員入院供職，鼎盛期院內博士頭銜者400人、碩士學位2800人、本科學歷7000餘人。新竹計畫於1966年前後正式成形：蔣中正指示中山科學研究院擬定具體核武發展方案，並命名為「新竹計畫」。據米切爾的研究，計畫名稱「新竹」意指國立清華大學所在地之新竹市，但本身為一誤導性代號，計畫本身與台灣清華大學並無直接關連，係借用以隱蔽其軍事性質。該方案規劃於5至7年內取得重水反應爐、重水生產設施與鈽分離（即再處理）廠，並準備將其投入核武研製，表面上仍宣稱用於和平目的。三項設施的設計藍圖與以色列位於迪莫納的核武器複合體幾為翻版。早於1965年，蔣中正已任命時為國防副部長的兒子蔣經國全面督導此一計畫；據索林根援引2000年泰勒（Taylor）之記述，蔣經國當時即為計畫實際推手，其積極程度甚至超過其父。
具體執行則由唐君鉑主持。唐君鉑1910年生於華南、長於河北，自陸軍第九軍官學校畢業後赴英國修習砲兵與電機工程逾五年，1942年晉升上校，1946年晉升少將並再赴英國。國民政府遷台後，唐君鉑歷任陸軍指揮參謀大學校長、國防部常務次長，並晉升中將。蔣中正視唐君鉑為「台灣的格羅夫斯」（美國曼哈頓計畫主導者），1958年八二三炮戰期間其於後勤統籌與物資調度的表現尤獲嘉許。唐君鉑屬狗、蔣經國亦屬狗，前者每月舉辦一次「粥會」延請廣東師傅製粥、邀請同事打牌共飲，後因蔣經國亦時常參與，遂被戲稱為「狗會」。在新竹計畫中，唐君鉑負責物資與設備採購、技術發展，以及國內外人才之網羅與招聘。1965年3月，國際原子能總署主導的訪問期間，台電代表向陪同的美方官員諮詢200兆瓦試驗反應爐之適合廠址，並暗示其中一處可能交由中山科學研究院與軍方控制；當時即已使美方代表（為一名美籍國際原子能總署官員）警覺，並回覆認為美國或加拿大不太可能出售此類反應爐。
1966年中，台北與西德公司西门子接近談妥一筆售價5000萬美元、50兆瓦、以天然鈾氧化物為燃料、以重水為慢化劑的多用途反應爐。據劉洪豐分析，1966年3月末台灣當局要求國際原子能總署派檢查團赴台為其兩個民用研究反應爐選址，但檢查團抵台後，台電總經理朱書麟卻在官方指令下對選址問題避而不談，反為台灣計畫購置之200兆瓦重水反應爐選址；可選位置之一在新竹、之二則在石門，後者將使該反應爐接近軍方控制的中山科學研究院。當國際原子能總署檢查團追問台電與該反應爐之關係時，朱書麟僅含糊回答稱由「合作財團」贊助，內含兩所大學（可能是國立清華大學與台灣大學）及台灣政府內部部分利益集團，使團長麥卡倫研判「合作財團」中必含台灣軍方，反應爐極可能用於軍事研究。台北給此一設施的官方說明為「研究以此類反應爐作為商業電力來源之可行性」，但美國駐台大使館發回華盛頓的電報直言：「中華民國政府或許已決定發動一項核武器研究計畫，並正設法循民生發電的名義以取得相關設備」。1966年4月，美方藉由發展自一名與台灣大學歷史系教授許倬雲為中科院理事王世杰門生的內線，得到一份題為《中華民國持續追求原子武器之徵兆》的評估，內中報告唐君鉑本人因認為計畫不切實際與超出國家能力而曾向蔣中正進言反對，但蔣中正之決心已凌駕其勸告。同份報告亦稱台北曾「找上以色列」，但因台灣當時在聯合國支持阿拉伯方而未能成事；轉向西德與日本亦遭挫敗，後者係出於日本對核擴散的顧慮。
與以色列的早期接觸
，為蔣中正選擇合作之對象，望模仿以色列模式建立核武機制]]
台、以雙方在核能領域的初次接觸可追溯至1961年9月維也納舉行的國際原子能總署第五屆大會，當時的台灣代表團應曾與恩斯特·大衛·伯格曼教授率領的以色列代表團相遇。伯格曼旋即受李熙謀（時任原能會執行秘書、後為教育部次長）邀請訪台，並於同年稍晚與一名以色列原子能委員會的另一名成員首次秘密造訪台灣。
伯格曼基於以色列自身經驗，當時對台北的建議即是設法走向核武發展。1962年起，台灣代表團團長改由台灣清華大學原子科學研究所主任鄭振華擔任。1966年2月中旬，鄭振華及其助手前往以色列參觀核設施一事為美方所悉，據劉洪豐研究，主任莫迪凱·莫拉格（）後向美國駐特拉維夫大使館證實確曾發生此事，並稱台灣核專家來訪期間「一直由以色列原子能委員會主席恩斯特·貝格曼接待」，當時台、以無正式外交關係，伯格曼以委員會主席之高位親自接待此次訪問，足以反映以色列當局對台、以核合作的高度重視。
1963年，蔣中正親自指派唐君鉑代表中華民國出席當年的維也納國際原子能總署大會，但此行真正的目的是與時任主席的伯格曼接觸，邀其秘密訪台。蔣中正向唐君鉑表明，為確保能對中共核攻擊有所反制，台灣「不能完全依賴美國人」，希望透過以色列的技術協助讓台灣能夠自行發展核武。1965年初春節前後，伯格曼第二度訪台，秘密進行為期七日的訪問；會議地點刻意設於南投魚池日月潭涵碧樓，以避開駐台美軍顧問團與情報人員的耳目。伯格曼與蔣中正、蔣經國的密會持續兩日，雙方議定以以色列科技發展模式為藍本，在台灣設立核子、飛彈與電子三個研究機構；倘若核項目遭美方阻撓，則再加上化學與生物戰兩所做為備案。伯格曼亦在會中強調，以色列雖未公然公開其核能研究，但對外口徑一律是「僅供和平用途」。
伯格曼於1966年4月辭去以色列原子能委員會主席職務、離開以色列國防部後，仍以個人身分積極推動以、台核能合作。1968年2月25日至3月12日，由唐君鉑親自率領、自稱來自「石門技術研究所」的不公開代表團赴以色列訪問兩週，參觀索雷克核子研究中心、以色列軍事工業、希伯來大學、魏茨曼研究所、以色列航太工業與拉斐爾先進防禦系統公司等單位，並由摩西·達揚部長於伯格曼耶路撒冷的公寓會見。代表團另探詢派遣留學人員修習先進國防研究、交換或取得推進燃料技術之可能，明顯顯示對發展飛彈系統的興趣。同年8月，伯格曼再次親訪台灣，與蔣中正密談一個多小時，並就一座規劃中的「鈽核反應爐」提供諮詢。
吳大猷異議與初次擱置
唐君鉑本人對新竹計畫的可行性始終存疑：購置重水反應爐、重水生產設施與鈽分離廠所需之費用與人力規模，遠超出台灣的負擔能力。1967年，蔣中正邀請當時旅美的物理學家吳大猷返台，出任新成立之國家安全會議科學發展指導委員會主任，並親自委請吳大猷審查國防部就新竹計畫所提的1億4000萬美元預算（其中三項設施由西門子估價約1億2000萬美元）。
1967年7月26日，吳大猷在科學指導委員會議上正式提出異議，其論點包括：政府當時的儲備僅及計畫總費用之半；計畫文件對如何研製、如何試爆均無實質規劃；台灣腹地過小，無法進行地下核試，亦無法佈署可在中共第一波打擊後存活的核武器；台灣科技人才之水準仍不足以支撐基本核能發展，遑論核武計畫；計畫由國防部主導易引發國際懷疑；華盛頓終會察覺，將危及美台關係。據索林根援引吳大猷1988年4月於《China Post》發表之〈Atom for Peace〉一文，吳大猷因此被軍方斥為「叛徒」，但仍說服蔣中正放棄此項計畫。詹欣進一步分析，吳大猷曾寫信給蔣中正指出計畫有三項重大不足：核武器研製經費過於低估；研製過程必然冒著與美國衝突的風險；研製成功的機會被高估；若再加上彈道飛彈的研製經費，總體絕非台灣所能承擔。同期，唐君鉑本人亦私下認為發展核武器已超出台灣能力範圍；台大歷史系教授許倬雲則進一步指出，台灣未能尋找到一個可為其提供核原料的來源國，中山研究院在發展飛彈能力上陷入困境，且試圖從海外吸引科學家回國研發核計畫亦受到挫折。吳大猷因此建議，若仍欲推進，應先取得反應爐後再以三年期循序展開其餘設施，並將計畫由軍方主導改為文人民用主導。
蔣中正最終並未放棄整體計畫，但接受吳大猷部分建議與美方反對之態勢，決定不購入西門子的核設施，並暫停國產鈽再處理之相關計畫；同時將台灣核計畫名義上歸民用原子能機構負責，繼續推動核武器研發。中華民國亦於同期成為《核武禁擴條約》首批簽署國之一。新竹計畫至此告一段落；惟蔣中正並未放棄核武目標，其核心構想隨後以更長期、更隱蔽的「桃園計畫」延續。
桃園計畫
重啟背景與決策
1969年尼克森上任美國總統後不久即發表關島聲明，揭示美國雖仍恪守對盟國的軍事保護承諾，但「不會派軍隊對抗侵略」、改以軍事和經濟援助為主，並要求亞洲盟國自身承擔更多防務責任。同期，1969年7月29日召開的「國防規劃研究委員會會議」對國家安全研究備忘錄第69號文件（NSSM69）展開討論，基辛格總體上比較贊成通過部署戰術核力量保持威懾力，同時盡可能減少常規力量的投入。1973年11月，基辛格與周恩來會談時承諾撤出包括核武器在內的部分在台軍事部署，1974年7月美軍在台南部署的核裝備陸續撤出。1971年10月25日，2758號決議通過，台北失去聯合國席位與國際原子能總署會員資格，中華人民共和國取代成為「中國」之合法代表。蔣中正深受此事衝擊，遂判定推動潛在核威懾為台灣的最佳避險策略；台北在「竭力維持與美國現存關係的同時」也開始悄悄為自身命運謀算，發展獨立核武器能力遂成為其諸多選擇之一。據此，蔣中正擬定一項較新竹計畫更為長期、預計於7至15年內取得武器級鈽生產能力的方案，命名為「桃園計畫」。1973年1月，「台灣研究用反應器」達到首次臨界，「桃園計畫」全面啟動。
桃園計畫係以軍民雙軌並進、軍用部分隱藏於民用核能體系下的方式推動，即詹欣所謂「以民掩軍」之模式：假借民用之名，從世界核能較先進國家獲取技術援助。1972年蔣經國接任行政院院長，1975年4月5日蔣中正逝世後，副總統嚴家淦繼任總統職任期，但國民黨主席與實際領導權由蔣經國接掌；1978年蔣經國經國民大會選舉正式擔任總統，並延續其父發展核武能力的政策。執行單位為新成立的中山科學研究院與其下屬之核能研究所；核能研究所設於桃園縣龍潭，與中山科學研究院共用基地。米切爾記述，核能研究所與中山科學研究院「共用安全部隊與圍籬」，「兩所之間的車輛交通異常頻繁」，反映其組織上之高度結合。據佩林記述，桃園龍潭非常荒僻，遠離民用設施與外國駐華機構，便於隱蔽運作。
核設施建設與原料
桃園計畫自始即以鈽路徑作為主軸，與美國曼哈頓計畫同時並進兩條路徑（鈽路徑經漢福德、鈾路徑經橡樹嶺）之做法不同。其決策邏輯有三：一、台灣腹地有限，能源密集型鈾濃縮工廠之電力需求過大，難以在不引起注目的情況下建構；二、CIRUS型反應爐技術路徑現成可循；三、鈾濃縮所需之氣體離心機或氣體擴散技術於1970年代初仍受嚴格出口管制，自西方取得難度遠高於再處理設備。然此一單一路徑亦帶來脆弱性：所有武器級鈽皆來自「台灣研究用反應器」之輻照後燃料，1977年六項原則協議將該爐置於國際原子能總署即時監查與洛斯阿拉莫斯国家实验室之燃料追蹤後，鈽供應實質遭凍結。
研究反應爐方面，最早於1958年起於美國原子能委員會援助下，國立清華大學建造一兆瓦功率之池水反應爐，1962年初達成首次臨界，為中華民國第一座核反應爐；惟此型反應爐功率過小、置於民用機構，無法支撐武器級鈽生產。桃園計畫之核心設施則為由加拿大供應、40兆瓦功率、以重水為慢化劑、以輕水為冷卻劑、使用天然鈾金屬燃料的「台灣研究用反應器」。該爐型與加拿大早先供應印度的反應爐相同，後者所產之鈽即為印度1974年地下核試的鈽來源。據拉諾斯卡研究，加拿大同時亦提供重水與25公噸天然鈾燃料棒，使台灣具備每年至少生產10公斤武器級鈽之潛能。若「台灣研究用反應器」以80％以上負載率長時間運作，每年可生產逾10公斤的武器級鈽；惟實際運作並未達此水準：1973年達臨界後至1976年的平均負載率僅略高於30％，1978至1980年之間升至約65％（1977至1978年大部分時間因故停機）。據米勒援引美方情報，至1975年底，「台灣研究用反應器」已產出含15公斤武器級鈽的廢燃料，台灣並已建造小型鈽燃料化學實驗室，採用法國圣戈班提供的設備。即便如此，「台灣研究用反應器」燃料卸出後鈽-239之含量仍可超過90％，已可作為武器材料的基礎。1966年中，台北一度與西德公司西門子接近談妥一筆售價5,000萬美元、50兆瓦、以天然鈾氧化物為燃料、以重水為慢化劑的多用途反應爐，但因吳大猷異議與美國反對而未成。
」試驗船]]
鈾原料分本土與進口兩線。本土方面，核能研究所自1969年起發展自磷酸鹽副產品萃取鈾之試驗廠，1980年底擴大為生產規模、據報於1981年投入運轉，設計年產能達10公噸黃餅（U3O8）；1980年代初並於台灣島東北部山區發現幾處富鈾礦床。但本土產量遠不足以支撐武器級需求，主要鈾原料仍依賴進口；除前述加拿大隨「台灣研究用反應器」提供之25公噸燃料棒外，另有三線：一、1980年台北與南非簽下為期六年、總量4,000公噸鈾的供應合約，1983年郝柏村親訪南非與波塔會晤，雙方亦就與小型反應爐展開接觸；二、自西德供應商分批取得未向國際原子能總署申報之鈾，每批不到400公斤、經英國轉運至台，累計達數公噸；三、1979至1982年間自美、法輸入約35公噸六氟化鈾，作為日後鈾濃縮之原料。此外，1976年12月至1977年3月間，台灣水產試驗所遠洋試驗船「海功號」赴南極恩德比海試捕南極磷蝦，回程經南非開普敦補給時，曾為駐南非大使館秘密運送一木箱回台：包裹於離開南非前一夜被直接放入海功號實驗室，船員獲令放假離船、由船長親自值班守船；海功號抵基隆時奉令半夜先靠基隆港旁之深澳油港，由專人接走「特殊物件」後再進基隆港，當事人事後皆被勒令「守口如瓶」。包裹內容民間流傳「鈾-235」，如2006年《聯合報》報導《30年前海功號南極行 載回核武原料？》，該報導後經2016年中國大陸《文史精華》雜誌與2021年聯合報《專家之眼》專欄等媒體轉述而於民間流行，甚至有稱其四度遠赴南非裝載鈾原料一說；「海功號」船長陳長江後來在著作中也稱1977年曾從南非輸送鉛封的鈾235。
為配合「台灣研究用反應器」運作，1971年核能研究所決定自建燃料製造廠，1974年產出首批燃料元件。1979年美方官員報告該設施約佔地5萬平方英尺，使用法國CERCA高品質設備，年產能約200個燃料元件。製造廠的設計使其得直接將鈾金屬粒加工成燃料元件、以鋁外包後組裝；倘若如核能研究所原本所規劃接受南非的金屬鈾供應，將不需要黃餅的轉換步驟。
1971年台灣失去聯合國席位後，核能研究所決定於「台灣研究用反應器」旁興建，1977年6月完工。設施所用之機械手臂、混合機等設備來自美、德、日、法的進口，當時尚未受出口管制之限制。表面用途為對輻照後燃料與反應爐結構材料進行檢視；但美方憂慮其真正功能為自「台灣研究用反應器」燃料中分離鈽。熱實驗室旁、但不在同一棟建築內，國際原子能總署於1973至1974年間發現核能研究所另建有一座小型再處理實驗室。其設計與安裝由一名先前參與挪威再處理計畫的工程師主導，含一座熱室，內裝燃料溶解器與小型混合澄清器。法國聖戈班一名員工以「請假一年」之名義派駐台灣，協助安裝關鍵設備；此一安排使法國政府與聖戈班在面對美方詰問時得以否認違反不對台輸出再處理技術之政策。
最具警示意義的設施為國際原子能總署於1970年代中期視察中所發現、未事先申報的「鈽燃料化學實驗室」（）。實驗室約10至12公尺長、7至8公尺寬，配置4個手套箱，箱間以管路相連以處理鈽溶液；其中一具手套箱配有特製中子屏蔽，另設有一具用於生產鈽金屬粒的真空還原爐。1975至1976年間，該實驗室以美方供應的1075公克分離鈽氧化物作為原料展開實驗。在民用核能計畫中極少使用鈽金屬，此一設施的存在連同其設備配置構成了強烈的武器化證據。
西德再處理廠採購案與美方覺察
雖然1967年台北已暫停向西門子購置再處理設備之計畫，1969年起又數次嘗試取得再處理設施。1969年向美方提出購買大規模再處理設施之請求遭尼克森以擴散風險為由否決。1972年10月20日，西德大使館科技專員阿貝爾博士（）與美方接觸，提及西德政府正考慮向台灣再處理設施出售部件、並涉及為台灣設計與建造此類設施事宜，引起華盛頓警覺。同年11月，西德政府將台北秘密接洽某西德公司、擬購入小型再處理廠的情報正式轉知美方。據劉洪豐研究，此前1972年12月4日美國政府相關辦公室與機構即就此問題召開會議，達成共識：應告知聯邦德國建造此類設施將給美國造成麻煩；並通知台灣原能會秘書長鄭振華美國「清楚台灣對再處理設施感興趣」；駐台北大使館應與台灣高級官員接觸，闡明美方反對立場：「該設施可能被用於製造核武器或被解釋為有此意圖」。
美方至1972年底並由駐布魯塞爾的歐洲共同體辦公室自一名位於安特衛普的潛在供應商員工處獲得密報：原能會秘書長鄭振華已親訪法國圣戈班、德國UHDE-Lurgi集團、比利時Comprimo與英國四家公司，洽談再處理設施購置事宜。1973年1月4日，美國國務院致電駐波恩、台北兩使館要求對該事件明確表態；1月15日駐台北大使马康卫會見外交部長沈昌煥，正式表達華盛頓反對此項交易，並提出替代方案：支持台灣於美國或其他國家再處理廢棄燃料。1月25日，美國駐西德大使希倫布蘭德向西德高級外交官保羅·弗蘭克詳細闡述美方立場；1月31日麥康瑙吉再度會見沈昌煥，強調美國堅決反對台灣本土建立再處理設施。在美國的堅決反對下，西德最終讓步宣布放棄此次核設施交易。然鄭振華於1973年3月在華盛頓會晤美國國務院高層時否認自己於同年12月以前知曉此事，與美方所掌握的線報內容明顯矛盾，反而加深美方猜疑。
1973年8月11日駐台北副大使來天惠發出電報，題為《中華民國宣稱需要核燃料再處理能力：可能為再次嘗試取得武器級材料的能力》，建議華府堅拒台北「精心設計」的請求。1973年11月15至20日，美方派出由原子能委員會科學家與國務院官員組成的5人技術小組訪台，向沈昌煥重申反對立場並警告「將損害美台核關係」，巡視原能會、核能研究所、中山科學研究院、清華大學與台電核能設施；中山科學研究院院長唐君鉑刻意未出席接待晚宴與該院參訪。1976年8月《華盛頓郵報》與《紐約時報》接連揭露台方私下進行燃料元件再處理的情報後，1976年9月14日大使安克志拜會蔣經國當面警告，蔣經國親向其承諾、並於3天後以外交照會表態，重申台灣的政策是「不製造核武器」，這一政策已在蔣中正時期確定，並於1969年國民黨十大寫入決議：核研究只用於和平用途。1976年9月，蔣經國在向UPI記者的談話中亦公開表示台灣「具備製造核武器的能力但絕不會製造，因為不能對自己的同胞使用此類武器」。然據米勒援引美方解密文件，1976年12月美國大使被迫向華盛頓承認：「儘管（蔣經國）以個人名義作出莊重而公開的承諾，我們有相當有力的證據顯示中華民國尚未放棄其（發展核武）意圖」。
國際原子能總署查核與美方制約
國際原子能總署於1973至1974年間即由遠東部主任斯維因·托爾斯滕森著手警惕核能研究所的核活動。1974或1975年，托爾斯滕森親往核能研究所視察挪威小規模再處理廠，並要求參觀其他與鈽相關的設施；台方歷經數小時的堅持拖延後始引導其進入鈽燃料化學實驗室，但拒絕說明其用途，且試圖以「焚化爐」之說含糊解釋實驗室內的真空還原爐。1976年5月22日，國際原子能總署總巡視員魯道夫·羅梅奇親訪核能研究所；於與核能研究所高層的晚宴上，羅梅奇明示渠所見之活動已非民用核能所應有，並警告台北勿因此使保障措施體系蒙羞。
1976年7月國際原子能總署進行的全面盤點發現燃料製造廠的廢料量異常偏高、「台灣研究用反應器」燃料元件的負載與冷卻時間紀錄存在無法調和之矛盾。1976年8月29日《華盛頓郵報》引述美國情報報導，過去6個月來自台灣附近一處美國設施所採集的氣體樣本，於三段不同期間皆檢出再處理活動所釋放的特定核分裂產物。在美方持續施壓與媒體曝光的雙重作用下，1977年1月美方再派出由國務院官員李文率領的小組訪台；副外交部長錢復、副國防部長馮啟聰於會晤中聆訊美方關於違反承諾將遭一系列制裁的明示警告，制裁範圍將不限於核能合作而擴及軍事合作之全面關係。1977年訪台期間，美方人員於熱實驗室取樣、檢視鈽燃料化學實驗室（已確認其手套箱濾網中存有鈽沉澱物的特徵顏色）、走訪「台灣研究用反應器」冷卻池與燃料製造廠；於檢視冷卻池後方時，國際原子能總署一名隨團檢查員意外發現一處未在原始設計圖中申報、被廢料覆蓋遮掩的「水道閘門」，此閘門口徑約半公尺、原為加拿大設計用於將輻照後燃料運送至熱實驗室之用，閘門外殼上的螺栓無鏽蝕痕跡，顯示自興建後曾被開啟過。檢查同時發現燃料製造廠出貨數與「台灣研究用反應器」實際入爐數差距達9或10根燃料棒，疑有未申報之轉移。
至1977年中為止，美方雖未取得「決定性煙霧」，但已建立起對核能研究所「桃園計畫」全貌的整體圖像，並透過修改1955年《民用原子能合作協定》強化保障條款：除既有的國際原子能總署保障外，美方取得對其供應之核物質執行突擊檢查的權利，以為國際原子能總署在政治上失去查核能力時的備案。台灣亦於1968年簽署《核武禁擴條約》，但因1971年失去聯合國席位而未及將INFCIRC/153式的全面保障協定付諸實施，僅能延續較舊式的INFCIRC/133「轉移協定」。中央情報局於1974年秋的一份情報報告中認定：「台灣以清楚的核意圖指導著它的小規模核計畫，它將用5年左右的時間有能力製造一枚核裝置」。
1980年代的隱蔽復興
1977年六項原則秘密協議
，依據吉米·卡特政府指示遞交六項原則的書面予時任行政院長蔣經國，使「台灣研究用反應器」停機以確保其不越過民用發電之範疇]]
1977年4月12日，美國駐台大使安克志依據吉米·卡特政府之指示，向時任行政院長的蔣經國當面遞交六項原則的書面照會，並轉達美方擬定之「建議回覆」內容。據米勒援引賽勒斯·萬斯國務卿致安克志的指示電：「美方確信，核能研究所的當前活動絕大部分對核爆研究計畫之相關性，遠超過其與中華民國民用核能發電計畫之相關性」。六項原則的核心要求包括：一、所有目前及將來位於中華民國的核物質、設備與設施應全部納入國際原子能總署保障措施；二、所有現有與未來反應爐之輻照後燃料須在台、美雙方相互同意條件下處置；三、中華民國應終止一切涉及武器級材料（如鈽、鈾-233）之燃料循環活動，並重新導向相關設施，停止鈾濃縮與重水生產之研發；四、台方所有現存鈽應於適當補償安排下移交美國；五、台灣須避免與美方諮商後判定具有發展核爆能力應用之任何活動；六、在新的研究計畫獲雙方同意、輻照後燃料處置安排定案、與保障措施得以有效實施前，台灣須暫停「台灣研究用反應器」運轉並通知國際原子能總署。
中華民國接受該協議，並於1977至1978年間以分階段方式落實：「台灣研究用反應器」於1977年4月停機15個月，重啟前所有燃料元件均經洛斯阿拉莫斯國家實驗室科學家以放射性掃描驗證；冷卻池中的燃料庫存量限制為一爐心容量的四分之一（約50根燃料元件）；裝卸燃料須有國際原子能總署檢查員在場；鈽燃料化學實驗室之鈽於同年10月以後分批移交美方，第一批於該年10月由一名美國海軍艦長親自押送返美洛斯阿拉莫斯，計863公克。挪威小規模再處理實驗室於1977年1月美方訪問前已被台方拆除。然而六項原則生效後，核能研究所人員大多並不知情；直至1977年5月美方第二次訪問時，鄭振華秘書長始坦承核能研究所員工以為「台灣研究用反應器」只是因例行維修而停機。
抵抗與重整
核能研究所與中山科學研究院的領導層雖被迫遵從六項原則，但軍方對此頗感不滿；至1970年代末，國防部內部開始秘密規劃如何在不公然違反協議的前提下「更好地協調」核武相關活動。其判斷在於：協議本身僅明文禁止「核武器之製造」，故只要將相關研發活動置於民用名義之下，仍可保留實際的武器化能量。1978年12月15日卡特宣布美國將與中華人民共和國建立外交關係、同年中華民國與美國斷交生效後，台北陷入「全面外交震盪」；軍方鷹派藉此情勢進一步推動核武計畫之復興，而美方則認為對台之關鍵槓桿已大幅削弱。1978年4月，卡特政府簽署《核不擴散法》（NNPA），使行政部門可對任何違反國際原子能總署安全協議或同美方協議的政府終止核出口；華盛頓並以此為基礎，決定以一系列協定方式來制約台北。
蔣經國對外仍堅守對美承諾，但私下設法擺脫與美方的協議。1981年，據張憲義所稱，核武相關敏感活動的步調再次加快，新一代軍方領導層在計畫背後扮演主導角色。1981至1989年間擔任參謀總長的郝柏村為此次復興的核心驅動者；其於日記中明白寫道：「雖然我國的政策是不發展核武，但我們已經建立了製造核武的能力。擁有製造核武的能力與實際製造核武是不同的」。郝柏村並於1983年9月主持的核能研究所高層會議中，要求員工準備好「成為幕後英雄」，「維持並提升核武製造能力」。據曾正所述，郝柏村曾於1988年1月的日記中記下：「保有核彈發展能力，但不製造核武器為我國政策」，以表面承諾掩護實質研發。
接近核武能力的關鍵節點
1985年4月，蔣經國在與郝柏村的會晤中重申「我們不應有發展核武的計畫」之公開立場，惟同時指示「核能研究所在保留現有核能力的同時，應更深入地推進核能和平用途的研究」。1985年的另一次高層國防檢討會議中，郝柏村估計台灣在中華人民共和國發動入侵後僅能堅守3至6個月；核能研究所則估計研製首枚核武需1至2年。1986年4月，劉光霽向郝柏村報告核能研究所已具備「接到命令即可完成核武製造」之能力，並訂定「3至6個月內取得首枚可投送核武器」之突圍時程。
至1987年底張憲義出走前，台灣已建立的關鍵核武基礎設施可分為五項：一、足量之高品質鈽材料；二、精熟之高爆引爆系統與控制裝置（包含以代用材料模擬爆轟之冷試驗）；三、自輻照後燃料中分離高純度鈽之能力；四、將分離鈽精煉、塑形為武器組件之能力；五、可靠之投送系統（即經適當改裝後的經國號戰鬥機）。1985年前後，台方於屏東九鵬基地成功完成一次以鈾為代用材料、模擬鈽內爆裝置的「冷試驗」，此一試驗形式與1980年代中期巴基斯坦之做法相同。據米切爾引用前中華民國資深國防官員郝柏村的自述，台灣於1980年代後期已實現「受控核試反應」（），亦即核武器製造的關鍵步驟之一；米切爾並評估，倘無外部干預，台灣再經幾年並進口若干關鍵核技術與材料即可成為「完整意義上的擁核國」。
核能研究所同期亦進行多項違反1977年協議的隱蔽活動。1983年5月，郝柏村獲悉核能研究所之化學濃縮計畫已將鈾235含量自天然狀態的0.71%提升至0.75%，研究人員並提出於3至5年內達到3%的目標；郝柏村認為此一目標若達成，將可使台灣不再依賴美方供應濃縮鈾，遂以100萬新台幣獎勵團隊。1984年1月美國國務院察覺後，蔣經國拒絕在「黑暗中行事」之提議，傾向尋求「擺脫對美國不公平的秘密協議」。菲茨帕特里克特別指出郝柏村在日記中對化學濃縮達成0.75%「初步突破」表達了「驕傲」，明確違反1977年的協議。同期，核能研究所另在距核能研究所場區外、由中山科學研究院控制之軍事用地上建造一座大型鈽分離廠，預計年產能10至20公斤鈽，1983年動工、預估1989至1990年投入運轉，並未向國際原子能總署申報；該廠以「製造醫療同位素鉬-99」之名義作為對外掩飾。台、南非雙方於1980年代亦展開核能合作：1980年台北與南非簽下為期六年、總量4000公噸鈾的供應合約；1983年4月郝柏村親訪南非，與彼得·威廉·波塔會晤；核能研究所派員赴约翰内斯堡辦事處駐點，雙方就雷射濃縮與小型反應爐合作展開接觸。
至1987年底，據張憲義所述，台方核彈頭設計已接近完成，直徑約60至70公分、重達900公斤；計畫將彈頭置於可由經國號戰鬥機掛載之外掛副油箱內，因此設計團隊仍需縮減彈頭直徑至約50公分以容於油箱內。當量目標設定為1萬噸TNT，更高當量必然導致裝置變大，與小型化目標相違。佩林則引述張憲義在2017年新書發布會上之談話：「我們已拿到超過30公斤武器級鈽，從事小規模核武生產沒有問題」，並擬「讓IDF戰機攜帶核武器攻擊大陸目標」。曾正進一步指出，據郝柏村1986年的一篇日記，台灣已「在短期內有生產核武器的能力，並可在奉命下進行」，並註明曾於屏東九鵬新武器試驗基地完成小型核試爆。基於上述狀況，多位美方分析人士判斷，至1989年至1991年間，台灣將具備在3至6個月內製造首枚可投送核武器之能力。
保密與情報攻防
掩飾架構：以民用為名的軍事計畫
不同於一般核武計畫是對外國敵人保密，桃園計畫從一開始就是「對盟友美國保密」，因此呈現雙軌結構：對外維持《核武禁擴條約》與國際原子能總署所要求的民用核能機構面貌，對內則由中山科學研究院與核能研究所以軍事體系實際推進。多項敏感設施在對外申報時都配上民用名義的掩飾故事（）：1983年起在中山科學研究院管制軍事用地上興建的大型鈽分離廠，以「製造醫療同位素鉬-99」的名義對外申報，實際目標是年產10至20公斤鈽；鈽燃料化學實驗室在國際原子能總署人員追問時被搪塞為「焚化爐」；化學鈾濃縮計畫則以「燃料循環自立化研究」為名，一直持續到張憲義出走前夕。1984年張憲義升任副所長後，新增業務中約有30%是為核武相關活動編造民用煙幕故事，他本人在口述歷史中也坦承這一機制的存在。
郝柏村的日記從官方層級提供了對這種雙軌結構的詮釋。他在1980年代中期記下「保有核彈發展能力，但不製造核武器為我國政策」，並在1983年9月主持的核能研究所高層會議上要求員工成為「幕後英雄」，「維持並提升核武製造能力」。
洩密管道與美方累積之證據鏈
對美方而言，台灣的保密之所以容易被穿透，是因為其物資與技術依賴都指向美國的盟友體系。1972年10月，西德大使館科技專員阿貝爾博士主動向美方通報西德擬向台北出售再處理設備一事，這是首個重要的洩密事件。同年底，美國駐布魯塞爾的歐洲共同體辦公室從一名位於安特衛普的潛在供應商員工處取得密報，得知原能會秘書長鄭振華已親訪法國圣戈班、德國UHDE-Lurgi集團、比利時Comprimo與英國四家公司，洽談再處理設施的購置。這種「四線並進」的採購反而成為美方拼出計畫全貌的關鍵情報。
到了1976年，美方已建立三條獨立的證據鏈來監控核能研究所的活動：一、台灣附近一處美國設施採集到的大氣樣本，在三段不同期間內都檢出再處理活動所釋放的特定核分裂產物，1976年8月29日由《華盛頓郵報》引述揭露；二、1976年7月國際原子能總署的全面盤點發現燃料製造廠的廢料量異常偏高、「台灣研究用反應器」燃料元件的負載與冷卻時間紀錄出現無法調和的矛盾；三、1977年初訪台期間，國際原子能總署一名隨團檢查員意外發現一處未在原始設計圖申報、被廢料覆蓋遮掩的「水道閘門」，其外殼螺栓沒有鏽蝕痕跡，顯示曾被開啟過；加上燃料製造廠出貨數與「台灣研究用反應器」實際入爐數差了9至10根燃料棒，構成不可申辯的物理證據。中央情報局1974年秋的情報報告已作出明確判斷：「台灣以清楚的核意圖指導著它的小規模核計畫，它將用5年左右的時間有能力製造一枚核裝置」。
中情局之長期人才滲透
1980年代初，蔣經國健康日漸衰退，對日常事務的督導逐漸放手；郝柏村與後來出任中山科學研究院代理院長的葉昌桐共同接掌了核能研究所的監督權。核能研究所所長原由唐君鉑門生錢積彭擔任，他卸任後改由海軍體系出身的劉光霽接任；劉光霽直接向葉昌桐報告，與軍方推進核武器計畫的方針更為一致。
與物資洩密同時運作的，是中情局對台灣核能科技人員的長期吸收。台灣的核能人才多半在赴美深造取得學位後才回國，再分發到中山科學研究院或核能研究所任職；這條養成路徑使他們在求學期間就已經處於美方情報機關的視線範圍內。1976年12月於田納西大學取得核工程博士學位、1977年返台後任核能研究所反應爐控制動態模擬組組長的張憲義上校，正是這種模式的典型。張憲義在1972至1976年於田納西大學讀博士期間就已被中情局留意，1975年首次接觸遭他婉拒；返台後，中情局又於1981或1982年在美國某次會議中再次接觸，1984年他正式同意成為線民並通過測謊。同年他破格獲任命為核能研究所四位副所長之一，當時僅40歲；副所長職位涵蓋反應爐控制、設施規劃與保密事務的核心，使他能向中情局持續提供計畫的全貌情報。
關於張憲義被吸收的時間點，學界看法分歧：蒂姆·韋納2007年於《CIA——罪與罰的六十年》中宣稱張憲義「自軍校時代起便為美國工作達二十年」，亦持類似觀點；但奧爾布萊特與斯特里克依張憲義本人2017年口述歷史所給的時序則較晚。不論時序為何，中情局在台灣核武計畫接近實用化的關鍵時點（1985至1987年）擁有能即時取得核心情報的內部來源，這是美方得以在1988年1月蔣經國逝世的同期窗口完成「不可逆」拆除行動的根本前提。
國際保障體系下的查核空隙
1968年中華民國簽署《核武禁擴條約》，但因1971年失去聯合國席位，來不及將更嚴格的INFCIRC/153式全面保障協定付諸實施，只能繼續沿用較舊的INFCIRC/133「轉移協定」運作。這個制度空隙在1973至1977年間提供了相當程度的查核迴避空間：未申報的鈽燃料化學實驗室、再處理活動的原始痕跡、以及未在原始設計圖中的水道閘門，都得以隱身在協議形式之外。為了彌補國際原子能總署因台灣國際地位特殊而難以充分查核的缺口，美方從1977年起以雙邊形式介入：在既有保障之外，美方取得對其所供應核物質執行突擊檢查的權利，作為國際原子能總署在政治上失去查核能力時的備案；這套雙邊機制此後二十年成為制約台灣核能活動的基本架構。
張憲義事件與計畫終結
背景與張憲義出走
雷根政府於1987年起預期蔣經國的健康狀況惡化將不久於人世，並擔心一旦蔣經國去世，副總統李登輝在政治上未必能制衡郝柏村等軍方鷹派。蔣經國雖對外承諾不發展核武，但對軍方推進的「3至6個月內可製造核武」之計畫並未強力制止；美方研判，倘任由其發展至實用化階段，台灣可能於數年內取得難以扭轉的核武基礎。中情局因此決定將其長期布建的關鍵情報來源、核能研究所副所長張憲義撤離台灣，並以此為契機展開一連串旨在徹底終結桃園計畫的行動。
依張憲義口述紀錄，1987年底其中情局聯絡人「馬克」問及張是否願意接受美方安排的工作職位，當時並未告知具體時程；其妻雖無從得知張多年來的祕密身分，仍欣然支持。1988年1月8日，張憲義先安排妻子與三名子女赴日本東京迪士尼樂園作為「假期」掩護。1月9日，張憲義在馬克陪同下於中情局安排的安全屋過夜，翌日清晨啟程經高雄機場、香港轉機飛往西雅圖，使用美方發給之新護照及美國簽證，身分登記為其新任職的「美國公司」員工。1月10日於西雅圖與家人會合，1月12日抵華盛頓杜勒斯國際機場，由美方安全人員以三、四輛車隊接運至中段車內護送離開。
核能研究所同事於1月12日上午8時的例會等候張憲義主持，半小時後散會仍無消息（當時其下屬賀立維按計畫應於該會中報告）；數人前往張宅敲門、攀越後牆查看，發現宅內已空，後致電張之父母，皆稱未獲音訊。其後核能研究所封鎖張憲義之辦公室與住宅；當高階核工程師、且對核武秘密計畫有直接知悉之人連同家屬一同消失，同事間隨即陷入「恐慌」。
1988年1月13日，即張憲義抵達華盛頓當日，蔣經國於台北逝世，享壽77歲；副總統李登輝旋即依憲法接任中華民國總統。張憲義是否事先知曉蔣經國已病重至此，學界尚無定論；部分論者認為純屬巧合，部分則視之為中情局行動之精準時點。
美方拆除行動
事發後，雷根總統親自致信李登輝，要求合作確保台灣核能計畫之純民用屬性。郝柏村於1月17日在日記中記下：「核能研究所副所長張憲義及其家人剛叛逃美國。他必定會被中情局操控，並透露核能研究所已恢復核武研究活動。我們的國家政策是不製造核武器但保留製造能力。我已指示葉昌桐將軍處理此事，以將損害降至最低」。同一時期，美方派出隨即可動的核能技術小組（其中具1977年談判經驗之關鍵人員自香港待命）抵台展開「不可逆」的去核武化。
美國在台協會主席丁大衛親往拜會郝柏村，遞交一份具體列舉拆除條件的備忘錄，並轉達雷根的明確指示：「必須在一週內讓台灣簽字」。郝柏村於日記中坦承：「此事是台美關係中嚴重的危機」，並承諾合作。1988年1月，「台灣研究用反應器」隨即停機；曾正記述，重水反應堆停用後，其運轉媒質重水全部被美方取走。同年龍源研究園區（即原計畫1989至1990年投運的鈽分離廠所在地）遭美方查訪；抵達時設施大致仍為空殼，部分手套箱及機械手臂已安裝；美方判定其用途確為鈽分離後，下令以混凝土灌入地下室之熱室將之永久封閉，動用50輛混凝土車近乎傾空全島當日的混凝土生產量。重水亦於同年分批運回美國，耗資18.5億美元的重水反應堆自此停運。
組織重整方面，美方堅持核能研究所與中山科學研究院之全面切斷：1988年10月1日，核能研究所改隸行政院原子能委員會全權管轄、不再隸屬中山科學研究院，預算自國防部系統移至教育部系統；劉光霽卸任所長後改由兩名副主委分擔職責，原能會並承諾切斷與軍方之一切聯繫。1988年11月20日郝柏村於日記中寫下「核能研究所已不再與中山科學研究院有任何關係」。1988年10月17至19日，由ACDA的約格·門澤爾（）、國務院的詹姆斯·希普利（）、能源部的威廉·埃梅爾（）組成的美方小組再度訪台，會見副參謀總長夏甸、中山科學研究院副院長劉曙晞，並搭乘直升機赴屏東九鵬檢視高爆試驗場；雙方達成共識：「目前及未來，中山科學研究院不再進行任何核能或核相關研發；核能研究所亦不再進行任何機密軍事研發」。
評價爭議
郝柏村於1988年2月24日得知張憲義之中情局線民身分，並於日記中寫下：「張之叛逃實為中情局所策劃的非法行動，是國家的恥辱。然顧及台美關係，我們只得忍辱吞下，將事件了結」。國防部隨即將張憲義列為通緝犯，通緝令直至2000年方才失效。台灣社會至今仍有「叛國」之爭議；張憲義本人則於陳儀深等所進行之口述歷史中明示，其僅是「背叛了那些採取冒險軍事行動而不顧台灣人民利益的軍事強人」。據曾正引述《紐約時報》記者蒂姆·韋納的考察，張憲義的出走「阻止了台灣試圖發展核武的祕密計畫，並改變了兩岸的軍事生態」。中華人民共和國早於1980年代已多次警告，台灣若研製核武器將構成其武力攻台之充分條件之一；故對奧爾布萊特與斯特里克等學者而言，避免台灣突破核武門檻不僅符合美國非擴散政策之利益，亦間接降低了兩岸軍事衝突之風險。
吳大猷於1988年5月於《傳記文學》月刊撰文，回顧其於1967年所提反對意見並重申同一立場：「若僅就純粹戰略力量而言，台灣不能將核武器用於進攻；相反，擁有此類武器將提高敵方先發制人攻擊的可能性，因為他們會感到警覺。台灣是個小島，受到核武攻擊將無迴旋餘地，不像幅員遼闊的國家，即使遭到先發制人攻擊，仍有反擊的機會」。據張憲義事後接受BBC中文網訪談時表示，若時光重來他仍會做出同樣的選擇，並重申自己對台灣的認同。其後續長居愛達荷州愛達荷福爾斯，2016年由陳儀深主持口述歷史並出版《核彈！間諜？中情局：張憲義訪問紀錄》，公開其當年作為與動機之全貌。
武器系統
彈頭設計與當量目標
計畫自1960年代末即聚焦於內爆式鈽彈而非槍式設計，因鈽不適合槍式（鈽-240之過早中子排放會致過早起爆），與美國「胖子」原子彈、印度與巴基斯坦之第一代設計同屬此原理；自1970年代展開小型化研究。1977年張憲義返回核能研究所時，曾在高爆組成員魏元勳處看到一枚以32點點火系統作為球形壓縮基礎的工作模型，足球狀外型乃當時典型確保球狀均勻壓縮之做法；台方對32點點火系統之研發，可上溯至1960年代末或1970年代初。1974至1975年間，中山科學研究院電腦化的核武器設計實驗已被內部評為成功。美方解密的情報評估指出：「1974及1975年間，一群中華民國核子科學家利用中山科學研究院電腦設施對第一代核裝置展開廣泛的理論設計計算。實驗在高爆、衝擊波及引爆系統等領域進行；遭遇之問題已獲解決，計畫於1975年9月被認為成功」。
至1987年底張憲義出走前，彈頭設計已接近完成但尚未定稿。據張憲義所稱，當時設計直徑約60至70公分（含外殼）、重達約900公斤；目標當量設定於1萬噸TNT，更高當量必導致裝置變大，與小型化之優先目標相違。為將直徑進一步縮減至能容於投送載台外掛副油箱內所需之約50公分，設計團隊將鈽核心改為橢圓形，使高爆透鏡可集中於兩端、側面所需份量大為減少；經內爆壓縮後，核心將回復球狀。團隊最早採用鈹-釙中子起爆器，後改以中子產生器並嘗試小型化。
由於台灣腹地狹小、無法地下試爆，且1963年中華民國以中國代表身分簽署《部分禁止核試驗條約》、又無在海上引爆之政治空間，核武計畫自始即依賴大量電腦模擬。早期模擬計算之精度受限於中山科學研究院電腦記憶體不足；1983年程式設計師賀立維赴加州大學柏克萊分校進修期間，透過一名陳姓華裔教授之安排取用當時最快的Cray超級電腦，將核能研究所在台執行的核武計算與該機輸出之結果交叉比對，藉此校準與精煉自製模擬程式碼。
整合式高爆測試方面，屏東九鵬基地為台方核武計畫得以執行高爆驗證之主要場地。其設備配有條紋攝影機與閃光X光等高速診斷儀器，可在短時間內針對近實彈尺寸的鈽內爆裝置進行模擬測試（即以鈾作為鈽之代用材料的「冷試驗」）。冷試驗為驗證引爆順序、彈體組裝、中子起爆器性能之關鍵步驟，於1980年代中期、伊拉克於1991年波斯灣戰爭前夕亦採用此一形式作為近於實爆之認證方法。據張憲義回憶並親赴現場觀察，1985年前後，台方在九鵬基地成功完成一次內爆裝置之冷試驗。1988年10月19日，美方核能技術小組於拆除階段曾以直升機自高雄飛往該基地進行檢視，並透過空中目視確認其高爆研發設施之佈局；該批設施於拆除階段是否一併除役，目前公開資料未予詳述。
空中投送：經國號戰機
1982年雷根政府基於改善與中華人民共和國關係之考量，拒絕對台出售F-16與F-104戰機，但允許美國國防承包商提供技術協助協助台灣自製先進戰機。1983年1月5日，郝柏村於日記中記下將航空工業發展中心併入中山科學研究院之決定，認為唯有中山科學研究院始能整合台灣資源以發展高性能戰機；換言之，主導核武研製之機關亦同時主導其投送系統之研發。1988年12月，第一架原型機F-CK-1經國號出廠；1992年生產型開始交付，1994年正式服役。
依張憲義所述，台方計畫將核彈頭置於經國號之外掛副油箱內、以對中國大陸目標進行打擊；目標射程為至少1000公里，但因犧牲關鍵額外燃料、彈頭增加機身重量，實際航程預計將不足1000公里。為確保航程，部分對空戰性能必要之引擎輸出（如加速能力）將被壓抑。張憲義另指出核打擊任務並無攜帶返程燃料，幾近於自殺攻擊，執行者擬遴選未婚、無家累的志願飛行員。
不過，此一說法亦受質疑。《尖端科技軍事雜誌》總編輯畢雲皓即指出，經國號戰機於1989年5月28日始首飛、1992年方才服役；張憲義1988年1月即已離台，其當時職位是否能接觸到當時列為機密的IDF案，頗令人質疑。
飛彈系統
台灣最初擬作為核武載台的並非戰機，而是中山科學研究院自行研發的彈道飛彈。1970年代初期至中期，台方研製射程110公里、酬載200公斤的「青蜂」短程飛彈，預計1980年前不會服役。青蜂之研發成果隨即用於支援射程接近1000公里的固體燃料中程地對地飛彈「天馬」，後者最初的設定即為攜帶核彈頭以對中國大陸目標進行打擊。據曾正引述張憲義之說法，當局擬於此種射程1000公里的飛彈上安裝核彈頭，用以打擊中國大陸目標。然天馬計畫於1980年代初因美國壓力與中山科學研究院其他優先項目（如反彈道飛彈系統研發）而告中止，並未進入實戰部署。1988年後，中山科學研究院雖延續飛彈研發工作，但避免發展核武能力之彈道飛彈；至1990年代與2000年代，台灣始以「已放棄核武」為論據，倡議發展射程更長的常規彈道飛彈。
遺產與後續影響
遺留的輻射污染
桃園計畫雖於1988年遭強制終止，其運作期間累積之放射性物質與廢料卻在後續數年間引發多次外洩，並導致核能研究所周邊土地長期受污染。據1987年8月所進行的環境監測，「台灣研究用反應器」煙囪排放之氚（）已對周邊聚落造成擴散：龍潭三坑仔民宅一處的氚活度達1907 pCi/L、為正常值的23.8倍，崁頂測點為正常值5倍、員樹林為1.5倍；氚的半衰期約12.5年，需百年以上始能回復至安全水準。早於1977年協議生效後，鈽燃料化學實驗室之去污染處理已持續多年：1978年9月時，核能研究所仍在進行手套箱與鈽、鋂等α輻射廢料的去污染作業，剩餘約212公克鈽則滯留於管路與設備之中。
主要污染事件源自代號「宏全」的機密計畫，該計畫旨在依1977年協議將「台灣研究用反應器」的用過核子燃料棒分批運回美國。執行過程中，工作人員於切開乾式貯存設施密封鐵蓋取出燃料棒時，因鋁護套年久劣化、金屬鈾與水氣作用產生氫氣，連續引發氫爆。1988年12月至1991年5月間共發生7次氫爆，最後一次並伴隨火災；救火時約60公噸消防水將含銫-137之放射性物質沖入鄰近的大漢溪，39根燃料棒因破損無法運回美國，最終以「安定化」方式滯留於台灣。
事件發生時因核武計畫仍在進行而被列為機密。直至1992年6月2日，核研所人員執行例行環境偵測時，在排水口附近檢出水樣貝他活度異常，進而展開調查。後續調查發現污染物包括鈷-60、鍶-90、銫-134、銫-137、鈽-238、鈽-239與鈽-240等多種人造核種；排水溢流口外30公尺處淤泥中之銫-137活度高達每公斤140萬貝克，為當時提報值的1900倍；大漢溪畔瓜田之銫-137活度亦達每公斤10萬2000貝克，為提報值的160倍。受污染區域沿排水溝流域延伸達2.3公頃，與大漢溪相隔約1.2公里。
清理過程於1997年告一段落：核研所挖除受影響土地深達2公尺之表土，覆以新土，受污染之土壤運回核研所內部貯存。1995年2月原能會公布調查報告，核研所之結論為「對鈾金屬核燃料性質不夠了解」。整起事件直至2014年4月22日始由原能會公開承認；當局並表示，經逾10年之環境監測，相關區域之輻射劑量已回復至自然環境背景值。然前核研所副研究員賀立維於著作中指出，受輻射污染地區的民眾「有較高比例的泌尿道上皮細胞基因突變的案例」。除氫爆遺留之輻射土壤外，核能計畫期間自1979至1982年間進口、貯存於核研所內逾30年的約35公噸六氟化鈾亦於2014年由立法院通過1億2000萬新台幣預算運回美國處理。
拆除核能體系、重啟傳言與國際原子能總署查核
1988年事件之後，桃園計畫之拆除程度遠較1970年代徹底，但其影響仍延續至2000年代。郝柏村於1988年2月的日記中即透露此一情緒：「少數科學家不肯放棄成果是自然的，未必與我們的非核政策矛盾。難道一定要殺了這些科學家美國才會放心嗎？」1990年5月，審計部官員在拒絕監察院調閱中山科學研究院預算的請求時，不慎向地方記者表示其預算保密「乃因涉及製造原子彈」，是1987年戒嚴令解除、媒體獲新聞自由後對國防機密之首次公開檢驗。
1995年台海飛彈危機期間，李登輝於同年7月對國民大會表示：「我們應從長遠角度重新研究核武器問題」，並補充「大家都知道我們以前有計畫」。但數日後即改口收斂，李登輝指出台灣「有發展核武的能力，但絕對不會」發展。並無證據顯示李有具體重啟核計畫之動作；以核武威脅作為對外議價工具或對美安全合作之提示，於台北政壇仍偶有出現。2004年，《台北時報》一篇社論主張台灣需要核威懾，認為僅以常規兵力不足以撐至美方馳援；提及若有能力毀滅「中國十大城市與三峽大壩」，將為對中國冒進之有力威懾。2007年10月，前國家安全會議秘書長蘇起於立法院質詢時爆料，指陳水扁政府正秘密研發可裝載核彈頭的雄風二E飛彈、欲以之作為對美談判籌碼；行政院長張俊雄旋即嚴正澄清「我絕不會發展核武」。
1988年揭發秘密核武器設施後，國際原子能總署對台灣的查核強度大幅提升。1990年代初期，當時的國際原子能總署總幹事漢斯·布利克斯於南非、北韓非核化過程中發展出「任時、任地、可訪問」（）之模式；台北亦於同期同意採用此一安排。1994年起，國際原子能總署高階檢查員開始首次訪問前桃園計畫的相關場址，包括拆除後的鈽分離廠與九鵬等高爆試驗場；台方對此採取相對開放的態度，例如在面對檢查員時直接承認該再處理廠之真實目的為分離鈽，而非醫療同位素鉬-99。1998年12月，台北接受實施《補充議定書》（）所訂措施，將短時通知（24小時內）查核擴及前核武場址。2005年前後，國際原子能總署首次親訪屏東九鵬高爆試驗場。
2004年，國際原子能總署發現中山科學研究院持有可製造氣體離心機轉子之關鍵設備：德國公司H&H Metalform於1980年代末曾向中山科學研究院出售一部用以製造直徑123毫米轉子之與配套芯模；惟調查未能確認此設備之最終用途。
「核潛伏國家」評估
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1988年的去核武化雖徹底切斷桃園計畫的具體成果，但台灣的廣義核能科研基礎仍然完整，包含留下的核工程人才、研究設施與多年累積的實務經驗。米切爾與索林根認為：核能研究所自此停止燃料循環業務，不再處理核物料，研究方向轉向替代能源，計畫核心科學家也多已退休；廣義基礎雖在，但專為武器化所搭建的設施與人事鏈已實質瓦解。即便如此，菲茨帕特里克與休斯仍將台灣與日本、韓國並列為「核潛伏國家」：這類國家具備先進的民用核能與科研基礎，理論上一旦政治決策反轉，仍可能在數年內重建武器化能力。
關於台灣為何最終未能造出原子彈，學者多從台灣自身的地緣與政治經濟條件提出解釋。1967年吳大猷對新竹計畫提出的預算負擔、腹地過小無法地下試爆、易遭先制打擊、科技人才不足、由國防部主導易引發國際懷疑等觀點也在後世研究中屢次被引用。1988年4月，美方一份由舒爾茨具名的布朗—舒爾茨備忘錄亦評估，台灣發展核武在戰略上有害無益：核武不僅無法充當談判籌碼或嚇阻手段，反將使台灣暴露於更大的軍事風險；台灣是人口稠密、軍事設施集中的小島，在與大陸核強權對峙下極易受核威脅與攻擊，故對台灣而言並無任何理性的核武用途。艾特爾·索林根也從政治與經濟層面補充說明，認為國民黨對美國的軍事、政治與經濟依賴，超過1950年代以後其他任何發展中經濟體，這使台北面對美方壓力時實質上「不可能不順從」。1979年中美斷交、《中美共同防禦條約》失效後，台北的安全焦慮達到歷史高點，但這段期間台灣並未藉機推動全面的核武突破。亞歷山大·拉諾斯卡認為，這是因為美方早在1966年就對台灣的核意圖「不存在懷疑」，並透過情報滲透與經濟制約持續壓制計畫進度，使台北在斷交後仍無從突圍。亞歷山大·德布斯與努諾·蒙泰羅則進一步指出，「美國對台灣再處理技術的拒絕，與其作為台灣唯一安全保護者的地位密不可分」，亦即制約之所以有效，根本源頭是台灣對美國的高度依賴本身。
美方對台灣的制約是一套具體連動的施壓手段：終止核能合作、切斷敏感軍售，並把這些籌碼與是否繼續提供安全保障綁在一起，逼台北在繼續依賴美國與自行發展核武之間二擇一。米勒與塔利亞費羅把這套作法稱為「強制不擴散政策」（），並把台灣放在與韓國、巴基斯坦並列的位置上比較其成效。米勒進一步從解密文件指出，華盛頓真正擔心的並不是核擴散會引發連鎖反應，而是怕台灣若擁核，會把美國拖進兩岸衝突、複雜化當時剛剛改善中的美中關係。1976年10月，一名中華人民共和國外交官向澳洲方面警告「若台灣取得核武器，中華人民共和國將以美國為負責方」，此後華盛頓阻止台灣擁核的決心更為堅定。
學者也嘗試把台灣放進核擴散行為的不同類別中與其他國家比較。維平·納朗將台灣（1974—1988年）歸為其「隱匿者」（）分類，與伊拉克、同列為三大典型案例：在缺乏公開衝刺能力與外部庇護下，將核武計畫隱於民用名義之中以規避強制不擴散壓力；早期1967至1974年間則屬「保險性對沖」（），即美國盟友維持核選項作為美方棄盟時之保險、並以突圍威脅換取更強的安全保證（與日本、西德同類）。德里克·米切爾將計畫的終結置於「嚇阻、放棄、榮譽」（）三維框架中：蔣經國時代的台北雖被迫終止研發，至少保住了國家尊嚴與美方的安全承諾，沒有像或那樣以單方面棄核作結。索林根則把台灣與另外九個國家的比較研究中，稱其屬於「外向型發展模式」：這類經濟體因為依賴國際市場與美國保護傘，對核武的政治成本特別敏感，在同樣的安全環境下會比「內向型」國家（北韓、伊拉克、伊朗、利比亞等）更傾向放棄核選項。
1988年後，台灣走向民主化與反核運動，使發展核武多了一道政治制約。1980年代末解嚴前後，反核運動逐漸成形，尤以核四爭議為焦點，2014年林義雄絕食抗議促使政府宣布核四封存。劉華真比較台、韓核能體制在1960到1990年代之間相似而分歧的發展軌跡。1988年蘭嶼核廢料爭議、1990年代的核四公投運動、2011年福島第一核電廠事故後的全國性反核遊行等，使非核成為主流民意；民主進步黨2000年代以後將「非核家園」明訂為黨綱，與國民黨的政策路線形成明顯對比。
綜合上述條件，丁樹範與菲茨帕特里克的研究將當前重啟核武須跨越的障礙歸納為三大類：一是法律約束，台灣雖因1971年失去聯合國席位而未能正式批准《核武禁擴條約》，但實務上以雙邊協定形式遵守國際原子能總署保障措施；二是技術依賴，美方對核相關出口的嚴格管控加上單一核燃料供應源造成的脆弱性；三是政治成本，民主進步黨「非核家園」綱領、媒體高度活躍使秘密難以維持、以及福島核事故後核工業人才的進一步斷層。国际战略研究所副研究員馬克·菲茨帕特里克（Mark Fitzpatrick）則總體判斷：「台灣的戰後威權統治以及深刻的生存安全焦慮使其兩度走上核武研製之路，然至今威權主義雖已不復存在，但其安全焦慮依舊。台灣面對著世界上其他任何地方都無可比擬的生存威脅，若美國的防務承諾減少或兩岸關係出現劇烈的重大變化，不排除其重啟核武研製的可能性」；惟菲茨帕特里克認為這兩種情況均不太可能發生，並評估台灣是當今東亞獲得核武器可能性最低的國家。阿拉加帕編輯的《長影》（）台灣章節亦從資源角度評估：台灣以世界第十六大經濟體之地位、第四大外匯儲備規模，加上仍存的核能研究所與清華大學基礎設施，「表面上看來具備重啟核武計畫所需的人力與財力資本」，但重啟成本估計達100億美元，且須面對美國、中華人民共和國、國際原子能總署的多重外部制約。
相關條目
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*韓國核子武器開發計畫
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*中華民國與大規模殺傷性武器
*中華人民共和國與大規模殺傷性武器
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參考文獻
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