1946年，22岁的朱光亚被吴大猷选中，作为"种子计划"的成员赴美学习原子弹技术。同行的还有李政道等人。

到了美国才发现，美国政府禁止任何外国人接触原子弹相关的科研机构。"种子计划"彻底失败，大家就地解散。

朱光亚转到密歇根大学学核物理，三年读完博士，才25岁。他担任中国留学生会主席，动员大家回国。

1949年10月1日，新中国成立。他奔走相告，起草了一封致全体留美同学的公开信。信中写道：

"同学们，听吧！祖国在向我们召唤，四万万五千万的父老兄弟在向我们召唤……回去吧，赶快回去吧！祖国在迫切地等待我们！"

"学工的，回去参加炼钢、筑路、架桥梁！学农的，回去建设中国的新农村！学自然科学的回去吧！回去开创科学研究的环境，祖国需要我们！"

52名留学生在这封信上签了名。信被传阅、讨论，在留美学生中引发回国热潮。

1950年2月，朱光亚抢在美国对华全面封锁之前，搭乘"克利夫兰总统号"回国。和他同船的，有邓稼先。

回国仅一年多，他就出版了《原子能和原子武器》，系统介绍原子弹和氢弹的原理。这本书是新中国最早的核武器科普著作。

此后数十年，他成为中国核武器研制的技术总负责人。中国第一颗原子弹、第一颗氢弹、第一颗人造卫星，他都是重要参与者。

李政道后来说过一句话："当初派出去学做原子弹的几位，只有光亚是派对了，他回国来是做原子弹了。选我是选错了。"

1994年，朱光亚当选中国工程院首任院长，被称为中国科技"众帅之帅"。