В то время, в первую зиму войны, тяжелая вода производилась в промышленном масштабе только в местечке Рьюкан (центральная Норвегия), где фирма «Норск Хайдро» в 1934 году пустила завод по ее выработке. Производство росло медленно, и к началу войны было изготовлено очень небольшое количество этого продукта. Большую часть его фирма продала в различные европейские лаборатории для научных экспериментов. До конца лета 1939 года немцы закупили тяжелой воды очень немного, и казалось, проявляют мало интереса к ней.
На встречи с министром Жолио-Кюри сказал, что, по его подсчетам, существующий в Норвегии запас дал бы ему возможность выполнить «решающий эксперимент».
Но нужно было спешить, так как в 1940 году германские власти полностью изменили свое отношение к ядерным исследованиям: если раньше они проявляли мало интереса к продукции Рьюкана, то теперь создалось впечатление, что они срочно решили обеспечить себя, наличным запасом тяжелой води из Норвегии. И заказ на воду был уже получен от германских властей, но директор завод заказ не принял, и заключил договор, согласно которому Франция могла во время войны свободно пользоваться всей тяжелой водой (всего около 185 килограммов), имевшейся на заводе в Рьюкане. Теперь возникла сложность с доставкой этой воды во Францию. В результате спецоперации около тридцати канистр перевезли в Британию самолетом, потом провезли через все страну поездом и доставили на побережье. К 16 марту в 1940 году весь мировой запас воды был упрятан в подвалах Колледж да Франс. Работа началась с новым рвением.
Недолго пришлось Жолио-Кюри и его коллегам работать с тяжелой водой в Колледж де Франс: им помешало наступление немцев. За шесть дней противник заставил капитулировать Голландию и продвигался через северную Бельгию по направлению к Брюсселю. 15 мая 1940 года немцы пересекли реку Мез (Маас) в трех местах между Намюром и Мезьером. Тогда министр вооружений Дотри приказал Жолио-Кюри сделать все необходимое, чтобы тяжелая вода не попала в руки немцев. В начале вода хранилась в подвалах Французского банка в Клермон-Ферране. Затем Халбан перевез ее в Мон Доре –курорт в центральной Франции, где она были помещена в тюрьме, также была сделана небольшая лаборатория из оборудования которое можно было быстро перевести. Однако к 12 июня немцы форсировали Марну возле Шатто-Тьерри, всего в 50 милях от Парижа. В Коллеж де Франс Жолио-Кюри, предупрежденный о решении объявить Париж открытым городом и уже знающий о неизбежности немецкой оккупации, готовился к отъезду. Перед отъездом он начал отбирать наиболее важную техническую документацию. Документы, необходимые для дальнейших исследований, он положил в портфель, который брал с собой. Другие, не столь необходимые для дальнейших исследований, были сожжены. В связи с продолжающимся отступлением правительство приказало, перевести тяжелую воду в Бордо и оттуда в Англию.
Воду с помощью судна перевезли в Британию вместе с некоторой частью коллектива Жолио-Кюри. Он же сам остался во Франции и продолжал работать в Париже в лаборатории Колледж де Франс, которая позднее была частично занята немцами. Ученый исследовал одну из областей ядерной науки, которой давно собирался уделить внимание, - применение излучений и меченых атомов в биологии. И под носом у немцев (соседняя дверь вела в комнату, занятую ими) он впоследствии помогал изготовлять радиостанции, зажигательные бомбы и другое оборудование для подпольного Национального фронта, главой которого он позднее стал. Дважды подвергался ученый арестам гестапо (один раз после того, как провел в музее естественной истории встречу лидеров Сопротивления). Оба раза ему удалось освободиться. Позднее Жолио-Кюри первым возглавил Французскую комиссию по атомной энергии. Этот пост он занимал до тех пор, пока его поддержка коммунистов не зашла слишком далеко, и он был смещен.
Те ученые, которые сумели выехать в Британию, были радушно приняты. Английские ученые выслушали их доклады, при этом их ожидания не оправдались. Так как не было еще достаточно ясно, что между самоподдерживающейся цепной реакцией на медленных нейтронах и изготовлением ядерного оружия могла существовать прямая связь. В результате среди английских ученых возникли расхождения в том, следует ли и каким образом использовать французов в британских исследованиях. Французским ученым, а именно Халбану и Коварски сообщили, что они могут работать в Кавендишской лаборатории в Кембридже, куда уже была доставлена тяжелая вода. Условия в, которых они работали, стараясь впервые в мире доказать возможность работы ядерного реактора, были тяжелыми. Так как не хватала персонала, оборудования было не достаточное финансирование. Но все равно в этих тяжелых условиях был поставлен эксперимент, который показал что окись урана, применяемая вместе с тяжелой водой в качестве замедлителя, могла обеспечивать самоподдерживающуюся цепную реакцию. После доклада французских коллег английские ученые стали приходить к выводу, что реактор, мог бы производить в своем «чреве» взрывчатое сырье, которое будет в такой же степени делящимся, как и уран-235.