Гленн Теодор Сиборг родился 19 апреля 1912 года в Ишпеминге, шахтёрском городке штата Мичиган. Мать Сиборга, как и родители его отца, были эмигрантами из Швеции, поэтому Сиборг научился говорить по-шведски раньше, чем по-английски. В 1922 году семья Сиборга в поисках лучших перспектив переехала в маленькую калифорнийскую общину Хоумс Гарден, в наше время — пригород Лос-Анжелеса. Во 1920–30-е годы Сиборги переживали тяжелые времена: часто отец Гленна, работавший механиком, перебивался сезонными заработками или вообще сидел без работы. Тем не менее, в 1933 году Гленн Сиборг получил диплом химика в Университете Калифорнии Лос-Анжелеса, ему удалось самостоятельно оплатить обучение. В 1934 году Сиборг поступил в аспирантуру, где он изучал уже физику, и защитил диссертацию, получив степень доктора философии в 1937 году. Декан факультета химии в Беркли, Гилберт Льюис (тот самый, который под влиянием Вернера разработал принцип восьмиэлектронных оболочек), нанял его на должность ассистента лаборатории. Сиборг занялся исследованиями, опубликовав в соавторстве с Льюисом десятки работ.
В 1939 году Сиборг стал инструктором в Беркли, и, возможно, его ждал бы обычный путь химика, направление исследований которого зависело бы от мейнстрима, однако в том году произошло два знаковых события, изменивших его судьбу — был открыт процесс распада атомных ядер, и началась вторая мировая война. К тому времени Сиборг уже успел получить навыки работы на одном из самых сложных в те времена научных устройств — на циклотроне. Принципы работы циклотрона были сформулированы в 1920-х годах Лео Силардом, а первый функционирующий циклотрон был построен в Беркли в 1931 году Эрнстом Лоуренсом и Милоном Ливингстоном. В этом приборе переменные электрические токи с высокой частотой ускоряли заряженные частицы до беспрецедентной скорости. Бомбардировка ускоренными частицами подходящих мишеней позволяла получать ранее неизвестные изотопы, ряд из которых находил практическое применение. Так, например, нуклид 131I (йод-131) применялся для лечения злокачественных опухолей щитовидной железы. Однако, на первых порах участие Сиборга в этой исследовательской программе было неофициальным. Как позже он отмечал в воспоминаниях:
«Днём я проводил эксперименты с кислотами и щёлочами в роли персонального помощника лучшего физхимика всех времён и народов — Гилберта Льюиса, ночью же я проводил свободное время, изучая тайны атомов. Моя карьера началась с момента, когда физик, имевший доступ к работе на засекреченном тогда циклотроне, предложил мне проанализировать радиоизотопы, которые содержались в «горячем» образце. На небольшом лабораторном столе с помощью водопроводной воды, реактивов, тайно вынесенных с химического факультета, мне удалось провести разделение и продемонстрировать, что химик может быть полезен в области, в которой доминировали физики. Этот успех открыл мне дверь к сотрудничеству, которое в итоге и стало делом всей моей жизни».
В 1939 году до Беркли дошли исключительно важные вести из Европы. В декабре 1938 года в Берлине Отто Ган и Фридрих Вильгельм Штрассман провели первый успешный эксперимент по расщеплению атомного ядра. В январе 1939 года их результат был правильно интерпертирован бывшей коллегой Гана Лизой Мейтнер, эмигрировавшей в Швецию, и её племянником, Отто Фришем. На фоне этих известий Эдвин МакМиллан (поделивший с Сиборгом Нобелевскую Премию по химии в 1951 году) интенсифицировал исследования. В мае 1940 года исследователи из группы МакМиллана получили крошечные количества первого искусственного химического элемента № 93, бомбардируя уран потоком нейтронов.
В Европе уже бушевала война, США еще сохраняли нейтралитет, но при этом наращивали свою военную мощь. В ноябре 1940 года МакМиллан оставил лабораторию ядерных исследований в Беркли и начал работу над секретным правительственным проектом по разработке радара, наказав Сиборгу продолжать исследования в области строения атомных ядер. В начале 1941 года Сиборг с ассистентами подтвердили синтез другого искусственного элемента — с номером 94. Для этого они облучали урановую мишень дейтронами — ядрами дейтерия. Поскольку новые элементы в Периодической системе следовали за ураном, их назвали нептунием и плутонием (по аналогии с тем, что в Солнечной системе после Урана расположены Нептун и считавшийся тогда планетой Плутон), но информация об их открытии не была опубликована.
Такая секретность была связана с тем, что один из нуклидов плутония (плутоний-239) подвергался самопроизвольному распаду с выделением нейтронов, что делало возможным осуществление цепной реакции, протекающей с выделением огромного количества энергии. В США возможность создания ядерного оружия и создания атомной бомбы только рассматривалась — администрация Президента Рузвельта еще рассматривала написанное в августе 1939 года письмо Эйнштейна и других физиков, которое обращало внимание президента на то, что нацистская Германия ведёт активные исследования, в результате которых может вскоре обзавестись атомной бомбой; в письме также содержался призыв к началу широкомасштабных атомных исследований в США. В декабре 1941 года после атаки на Перл-Харбор и вступления США в войну, письмо Эйнштейна с сотоварищами дало старт новой исследовательской программе, получившей название «Манхэттенский проект». В июне 1942 года Сиборг присоединился к работе над проектом, почти мимоходом женившись по пути на новое место работы. Избранница Сиборга, Хелен Григгс работала в Беркли секретарём Эрнста Лоуренса. Она и Сиборг встречались с 1941 года, вместе они отправились на поезде из Беркли в Чикаго и на небольшой остановке в Неваде оформили свои отношения. Хотя процедура заключения брака была короткой и аскетичной, все последующие 56 лет до смерти Сиборга они прожили счастливо. У Сиборгов было шестеро детей, оба супруга разделяли увлечения друг друга, например — пешие прогулки по природе. Сам Гленн часто называл Хелен «Моё самое ценное открытие».
Молодожёны прибыли в Чикаго в тот момент, когда Манхэттенский проект достиг критической точки. В декабре 1942 года удалось осуществить первую контролируемую цепную ядерную реакцию в устройстве, которое под руководством Энрико Ферми было смонтировано под трибунами университетского футбольного стадиона Стэгг-Филд. Реактор Ферми называли «кучей» — он был сложен из брусков графита, которые должны были сдерживать скорость цепной реакции. Уран и оксид урана размещались между графитовыми брусками. Атомная гонка началась. Многонациональная команда Ферми, в которую вошли в том числе и эмигрировавшие в 1933 году из Германии учёные (Фриш, Бете, Силард, Фукс, Теллер, Блох и другие), а также Нильс Бор, вывезенный из оккупированной Германией Дании, знали, что немецкие учёные во главе с лауреатом Нобелевской премии Вернером Гейзенбергом работают над аналогичным проектом. Казались перспективными два направления работ. Часть учёных пыталась отделить активный уран-235 от менее активного (но более распространенного в земной коре) урана-238. В то же время другие исследователи во главе с Сиборгом пытались извлекать плутоний-239 из продуктов, наработанных в реакторе. Это было опасно и сложно. Сиборг писал:
