Le Laboratoire national de Los Alamos (Los Alamos National Laboratory (LANL) connu aussi sous les noms Los Alamos Laboratory et Los Alamos Scientific Laboratory) est un laboratoire du Département de l'Énergie des États-Unis, géré par l'Université de Californie, situé à Los Alamos, dans l'État du Nouveau-Mexique. Le laboratoire est une des plus grandes institutions multidisciplinaires du monde. Il est la plus grande institution et le plus gros employeur dans le nord du Nouveau-Mexique avec environ 10 000 employés de l'Université de Californie plus environ 3000 sous contrat.
Un tiers des membres de l'équipe technique sont des physiciens, un quart des ingénieurs, un sixième des chimistes, le reste travaillant en mathématiques, informatique, biologie, géologie et d'autres disciplines… Des scientifiques et des étudiants viennent aussi à Los Alamos comme visiteurs pour participer aux projets de recherche. L'équipe travaille à des recherches fondamentales et appliquées en partenariat avec des universités et l'industrie. Le budget annuel est environ 2 milliards de dollars.
Los Alamos est l'un des deux laboratoires américains avec le Laboratoire National de Lawrence Livermore où des recherches secrètes sur les armes nucléaires sont entreprises.
Le laboratoire a été fondé pendant la Seconde Guerre mondiale, en 1943, comme un lieu secret pour centraliser les recherches scientifiques du Projet Manhattan, le projet américain de développement des premières armes nucléaires. En septembre 1942, au vu des difficultés créées par la dispersion à travers tous les États-Unis des universités conduisant des recherches préliminaires sur les armes nucléaires, il paraissait nécessaire de disposer d'un laboratoire dédié uniquement à ce projet. Le directeur scientifique du Projet Manhattan, Robert Oppenheimer, qui dans sa jeunesse avait passé beaucoup de temps au Nouveau Mexique, explora la région avec le Général Leslie Groves et le physicien Ernest Orlando Lawrence, et choisit comme lieu d'implantation une mesa qui accueillait auparavant la Los Alamos Ranch School. Oppenheimer devint le premier directeur du laboratoire.
Durant le Projet Manhattan, le laboratoire portait le nom de Site Y et il accueillit secrètement des milliers d'employés, parmi lesquels figuraient quatre Prix Nobel de physique : (Niels Bohr, James Chadwick, Enrico Fermi et Isidor Isaac Rabi). Sa seule adresse était une boîte postale, numéro 1663, à Santa Fe. Bien que son contrat avec l'Université de Californie fût initialement conçu comme temporaire, le lien fut conservé bien après la guerre. Jusqu'aux bombardements atomiques de Hiroshima et Nagasaki, Robert Sproul, le président de l'Université de Californie, ignorait l'objectif du laboratoire et imaginait qu'il fabriquait un « rayon mortel » (death ray). Le seul membre de l'administration de l'Université de Californie qui connaissait son véritable objectif ainsi que sa situation géographique précise était le Secrétaire-Trésorier Robert Underhill, chargé des contrats militaires.
Les recherches du laboratoire aboutirent à la création de trois bombes atomiques. La première, une bombe au plutonium (appelée « Gadget »), fut testée le 16 juillet 1945 dans le désert près de Alamogordo dans l'État du Nouveau-Mexique. Les deux suivantes, l'une à l'uranium et l'autre au plutonium (appelées «Little Boy» et «Fat Man»), furent larguées respectivement sur les villes japonaises de Hiroshima le 6 août 1945 et Nagasaki le 9 août.