В августе 2003 года инспекторы МАГАТЭ обнаружили в Иране следы обогащенного урана и заявили, что мощности заводов 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, расширяющего возможности для проверок МАГАТЭ.
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. В том же году к тройке государств-переговорщиков присоединились США, РФ и Китай. В июле 2010 года из-за ядерной программы и нарушений прав человека санкции против Ирана ввел ЕС.
С 2010 года прошло несколько раундов переговоров шестерки государств с Ираном. Самым значительным их итогом 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. Сроки подписания всеобъемлющего соглашения при этом неоднократно откладывались.
14 июля 2015 года переговоры завершились подписанием соглашения. По условиям договора в обмен на отмену санкций Иран гарантирует использование ядерной энергии в мирных целях. Исламская Республика не будет производить высокообогащенный уран и оружейный плутоний, допустит инспекторов МАГАТЭ на свои объекты, обогатительный завод в Фордо будет перепрофилирован в технологический центр, две трети центрифуг будет сокращено.
В феврале 2017 года Иран запустил ракету средней дальности «Сумар», способную нести ядерный заряд. После этого США ввели новые санкции против 13 физлиц и 12 компаний из Исламской Республики, а позже расширили списки. В ответ на это Тегеран увеличил бюджет ракетной программы на $520 млн и пригрозил разорвать ядерную сделку.