A tecnologia mais óbvia, a centrífuga, não teve êxito, mas as tecnologias de separação eletromagnética, por difusão gasosa e difusão térmica foram todas bem-sucedidas e contribuíram para o projeto. Em fevereiro de 1943, Groves surgiu com a ideia de usar o produto de algumas usinas como insumo para outras.[121]
Oak Ridge recebeu várias tecnologias de separação de urânio. A usina de separação eletromagnética Y-12 está no canto superior direito. A usinas K-25 e K-27 de difusão gasosa estão no canto inferior esquerdo, perto da usina S-50 de difusão térmica. (A X-10 foi para a produção de plutônio.)
O processo de centrifugação era considerado o único método de separação promissor em abril de 1942.[122] Jesse Beams tinha desenvolvido esse processo, na Universidade da Virgínia, durante a década de 1930, mas tinha encontrado dificuldades técnicas. O processo exigia altas velocidades de rotação, mas, em determinadas velocidades, vibrações harmônicas ameaçavam quebrar a máquina. Era, portanto, necessário acelerar rapidamente nessas velocidades. Em 1941, ele começou a trabalhar com hexafluoreto de urânio, o único composto gasoso conhecido de urânio, e foi capaz de separar o urânio-235. Na Universidade de Columbia, Urey indicou Karl Cohen para investigar o processo e este produziu uma teoria matemática tornando possível criar um aparelho de separação por centrifugação, que a Westinghouse se comprometeu a construir.[123]
Escalar isto para uma planta de produção mostrou ser um desafio técnico formidável. Urey e Cohen estimaram que a produção de um quilograma de urânio-235 por dia exigiria até 50 mil centrífugas com rotores de um metro, ou dez mil centrífugas com rotores de quatro metros, assumindo que rotores de 4 metros poderiam ser construídos. A perspectiva de manter tantos rotores operando continuamente em alta velocidade parecia difícil[124] e, quando Beams usou seu aparato experimental, obteve apenas 60% do rendimento previsto, o que indicou que mais centrífugas seriam necessárias. Beams, Urey e Cohen, em seguida, começaram a trabalhar em uma série de melhorias que prometiam aumentar a eficiência do processo. No entanto, falhas frequentes de rotores, eixos e rolamentos em altas velocidades atrasavam o trabalho nas usinas.[125] Em novembro de 1942, o processo de centrifugação foi abandonado pelo Comitê de Política Militar, que seguiu uma recomendação de Conant, Nichols e August C. Klein da Stone & Webster.[126]
A separação isotópica eletromagnética foi desenvolvida por Lawrence no Laboratório de Radiação da Universidade da Califórnia. Este método emprega dispositivos conhecidos como calutrons, híbridos do espectrômetro de massa padrão de laboratório e o cíclotron. O nome foi derivado das palavras "Califórnia", "universidade" e "cíclotron".[127] No processo eletromagnético, um campo magnético desvia as partículas carregadas de acordo com a massa.[128] O processo não era nem cientificamente elegante nem industrialmente eficiente.[129] Em comparação com uma usina de difusão gasosa ou um reator nuclear, uma usina de separação eletromagnética iria consumir mais materiais raros, exigiria mais mão de obra para operar e custaria mais para ser construída. No entanto, o processo foi aprovado porque era baseado em uma tecnologia comprovada e, portanto, representava menos riscos. Além disso, ele podia ser construído em várias fases e atingir rapidamente a capacidade industrial.[127]
Marshall e Nichols descobriram que o processo de separação isotópica eletromagnética exigiria 4,5 mil toneladas de cobre, que estava desesperadamente em falta. No entanto, a prata poderia ser a substituta, numa proporção de 11:10. Em 3 de agosto de 1942, Nichols se encontrou com o subsecretário do tesouro Daniel W. Bell e pediu a transferência de 5,4 mil toneladas de lingotes de prata a partir do West Point Depository. "Jovem", Bell disse a ele, "você pode pensar em prata em toneladas, mas o Tesouro vai sempre pensar na prata em onças-troy!"[130] Ao final, foram utilizadas 13,3 mil toneladas, ou 430 milhões de onças-troy.[131]
Barras de prata de mil onças-troy (31 kg) foram lançadas dentro dos biletes cilíndricos e levadas para Phelps Dodge em Bayway, Nova Jersey, onde foram extrudadas em tiras de 15,9 milímetros de espessura, 76 milímetros de largura e 12 m de comprimento. Estas foram enroladas em bobinas magnéticas pela Allis-Chalmers em Milwaukee, Wisconsin. Após a guerra, todo o maquinário foi desmontado e limpo e as tábuas do assoalho sob a máquina foram cortadas e queimadas para recuperar pequenas quantidades de prata. No final, apenas 1/3,6 milhões foi perdido.[131][132] A última prata foi devolvida em maio de 1970.[133]
A responsabilidade pela concepção e construção da usina de separação eletromagnética, que passou a ser chamada Y-12, foi atribuída à Stone & Webster pelo Comitê S-1 em junho de 1942. O projeto era composto por cinco unidades de processamento de primeira fase, conhecidas como esteiras de rolagem Alfa, e duas unidades de processamento final, conhecidas como esteiras de rolagem Beta. Em setembro de 1943, Groves autorizou a construção de mais quatro esteiras de rolagem, conhecidas como Alpha II. A construção começou em fevereiro de 1943.[134]
Quando a usina foi inicializada para testes em outubro, dentro do prazo, os tanques de vácuo de 14 toneladas saíram do alinhamento por causa do poder dos ímãs e tiveram que ser fixados de forma mais segura. Um problema mais grave surgiu quando as bobinas magnéticas tiveram um curto-circuito. Em dezembro, Groves ordenou que um ímã fosse arrombado e punhados de ferrugem foram encontrados em seu interior. Groves, então, ordenou a demolição das esteiras de rolagem e os ímãs foram enviados de volta para a fábrica para limpeza. Uma fábrica de decapagem foi estabelecida no local para limpeza do tubos e acessórios.[129] A segunda Alfa I não estava operacional até o final de janeiro de 1944, a primeiro Beta e a primeira e terceira Alfa I entraram em serviço em março, enquanto a quarta Alfa I estava operacional em abril. As quatro esteiras de rolagem Alfa II foram concluídas entre julho e outubro de 1944.[135]