В августе 2002 года на пресс-конференции в Вашингтоне иранский оппозиционер Алиреза Джафарзаде впервые сообщил о наличии в стране двух незарегистрированных предприятий по обогащению урана. В августе 2003 года инспекторы МАГАТЭ нашли в Иране следы обогащенного урана и заявили, что мощности предприятий превышают необходимые для мирных целей.
В том же году «тройка» государств — Франция, Германия и Великобритания — начала переговоры с Ираном по ядерной программе. Их результатом стало подписание 18 декабря 2003 года Ираном дополнительного протокола к Договору о нераспространении ядерного оружия, который позволяет инспекторам МАГАТЭ проверять любой иранский объект.
В июне 2005 года в ответ на продолжение ядерной программы США ввели первые санкции против иранских банков, компаний и физлиц, связанных с атомной промышленностью. В декабре 2006 года за отказ Ирана прекратить обогащение урана санкции ввел Совбез ООН. Они включали запрет на поставки материалов и технологий в ядерной области, а также заморозку активов ряда лиц и компаний. В том же году к «тройке» государств-переговорщиков присоединились США, Россия и Китай. В июле 2010 года из-за ядерной программы и нарушений прав человека санкции против Ирана ввел Евросоюз.
С 2010 года состоялось несколько раундов переговоров «шестерки» с Ираном. Самым значительным их результатом стало подписание 24 ноября 2013 года в Женеве совместного плана сроком на полгода, по которому Иран обязался прекратить обогащение урана выше 5% и остановить строительство новых центров по обогащению урана. В ответ Иран получил ослабление санкций, в частности, были частично сняты ограничения на экспорт иранской нефти. План должен был стать первым шагом к заключению всеобъемлющего соглашения по ядерной программе, но сроки его подписания неоднократно откладывались.