تمثلت بدايات البرنامج النووي الباكستاني في إنشاء اللجنة الباكستانية للبحث الفضائي والجوي "سيوباركو" (SUPARCO). في العام 1961 والتي بدأت في العام 1962 في اختبار إطلاق صواريخ في المحيط الهندي. وفي عام 1962 وافقت الولايات المتحدة الأمريكية على تزويد باكستان بمفاعل أبحاث صغير من نوع الماء الخفيف قدرته 5 ميغاواط والذي بدأ تشغيله عام 1965 الذي شهد أيضًا الشروع في البحث النووي في مدينة راولبندي وفي العام 1968 رفضت باكستان التوقيع على معاهدة عدم انتشار الأسلحة النووية (NPT) وطوّرت سيوباركو في العام 1970 قدراتها من أجل إنشاء مركبات صاروخية.
وأعلن رئيس الوزراء الباكستاني ذو الفقار علي بوتو في العام 1974 عن عزم بلاده تطوير السلاح النووي بعد أول تفجير نووي هندي وعلى الرغم من البدايات المتقدمة للبرنامج النووي الباكستاني، وعلى الرغم من الخوف الباكستاني من طموحات الهند في هذا المجال الذي ترجمه تصريح الرئيس ذو الفقار علي بوتو عام 1965، والذي تولى دعم البرنامج النووي الباكستاني للحصول على القنبلة الذرية بقوله: "إذا بنت الهند القنبلة فإننا سنقتات الأعشاب والأوراق، بل حتى نعاني آلام الجوع، ولكننا سنحصل على قنبلة من صنع أيدينا، إنه ليس لدينا بديل" على الرغم من كل ذلك تُعتبر باكستان متأخرة بسنوات عن البرنامج النووي الهندي، حيث مثلت تجربة القنبلة النووية الهندية عام 1974 صدمة عنيفة للقادة الباكستانيين الذين فتحوا المجال للعلماء بسرعة التحرك لسد الثغرة التي أحدثتها التجربة الهندية. وقامت كندا في عام 1972 بتزويد باكستان بمفاعل من نوع الماء الثقيل مع منشأة لإنتاج الماء الثقيل، وقد قام العلماء الباكستانيون بعد ذلك بزيادة قدرة هذا المفاعل إلى 50 ميغاواط وحاولت باكستان الحصول على الأسلحة النووية عن طريقين، الأول: الحصول على البلوتونيوم من مفاعل الأبحاث بعد فصله، والثاني: إشباع اليورانيوم. والطريق الأول كان هو المرشح، حيث يتوفر لديهم المفاعل، وكان عليهم استخراج اليورانيوم وفصله بطريقة خاصة بمساعدة الفرنسيين الذين وقَّعوا اتفاقًا مع باكستان لإنشاء مصنع لتوضيب وقود البلوتونيوم عام 1974، إلا أن المشروع لم يسر بالطريقة المطلوبة وانسحب الفرنسيون بسبب الضغوط الأمريكية، وفي العام نفسه بدأ الحظر الغربي للتكنولوجيا النووية على باكستان وممارسة الضغوط من أجل إيقاف برنامجها النووي و في العام 1976 أُسند إلى العالم عبد القدير خان إنشاء هيئة الأبحاث النووية المعروفة باسم "معهد الأبحاث الهندسية" في كاهوتا في باكستان، وكان الهدف من إنشاء هذا المعهد هو تخصيب مادة اليورانيوم، وخلال مدة ست سنوات استطاع الوصول إلى أهدافه.