Passou a construir uma série de cíclotrons cada vez maiores e mais caros. Seu Laboratório de Radiação tornou-se um departamento oficial da Universidade da Califórnia em 1936, com Lawrence como seu diretor. Durante a
Segunda Guerra Mundial, desenvolveu a
separação isotópica eletromagnética no Laboratório de Radiação. Usava dispositivos conhecidos como
calutrons, um híbrido do
espectrômetro de massa padrão de laboratório e um cíclotron. Uma enorme planta de separação electromagnética foi construída em
Oak Ridge, Tennessee, que veio a ser chamada
Y-12. O processo era ineficiente, mas funcionou.