Ngày 8/12/1960, Giám đốc CIA Dulles đã ký văn bản kết luận “trên cơ sở các nguồn tin hiện có”, việc sản xuất plutonium cho vũ khí hạt nhân “ít nhất là một mục đích chính trong nỗ lực của Israel”. Việc che giấu thông tin và đặt lò phản ứng tại một vị trí hẻo lánh là bằng chứng rõ ràng cho mục đích quân sự của kế hoạch này. Ngoài ra, Israel có thể “sản xuất vũ khí plutonium vào năm 1963 - 1964 và có thể sớm nhất vào năm 1962”. Điều này có thể gây sửng sốt đối với thế giới Arab khiến các nước này đổ lỗi cho Pháp và Mỹ, đồng thời gây tổn hại cho nỗ lực kiềm chế việc phổ biến vũ khí hạt nhân trên toàn cầu. Cùng ngày hôm đó, Dulles đã báo cáo Tổng thống Eisenhower và Hội đồng an ninh quốc gia các thông tin thu thập được về dự án Dimona.

Vào giữa tháng 12/1960, Ngoại trưởng Mỹ Herter có cơ hội để tìm ra bí mật trên khi đến Paris dự một cuộc họp của Tổ chức Hiệp ước Bắc Đại Tây Dương (NATO). Tại đây, ông đã gặp người đồng cấp Pháp Maurice Couve de Murville, người đã thừa nhận việc Pháp giúp Israel xây dựng một lò phản ứng hạt nhân giống Marcoule. Theo thỏa thuận, Pháp sẽ cung cấp nhiên liệu thô cho Israel và Israel sẽ không đưa ra bất kỳ tuyên bố công khai nào mà không có sự tham vấn từ trước với Pháp. Trả lời cho câu hỏi của Ngoại trưởng Herter về việc dự án này lấy nguồn ngân sách từ đâu, Couve cho rằng nguồn tiền được bơm từ chính nước Mỹ, có thể từ nguồn viện trợ của chính phủ và cá nhân từ Mỹ.

Một vài ngày sau, Tổng thống Eisenhower triệu tập các cố vấn cấp cao để thảo luận chi tiết về chương trình hạt nhân của Israel. Một số tin rằng đây là một dự án quân sự và Israel có kế hoạch xây dựng một nhà máy tái chế bí mật để sản xuất plutonium. Các quan chức hàng đầu của Mỹ cũng quan ngại về việc nguồn ngân sách của Mỹ được sử dụng trong dự án bí mật này, điều có thể dẫn đến các khó khăn chính trị trong nước.

Việc tìm giải pháp ngoại giao cho vấn đề Dimona cũng là một thách thức đối với chính quyền Eisenhower. IAEA đã được thành lập với vai trò một tổ chức giúp bảo đảm an toàn cho các lò phản ứng hạt nhân và ngăn chặn việc sử dụng chúng cho mục đích quân sự. Vì thế, Tổng thống Eisenhower tin rằng Israel nên “mở cửa ngay lập tức các lò phản ứng”, không chỉ với các thanh sát viên IAEA mà còn với các chuyên gia của Mỹ. Tuy nhiên, trên hết, Eisenhower cùng các cố vấn muốn Israel công khai chính xác công việc nước này đang thực hiện tại Negev.

Vì thế, chính quyền Tổng thống Eisenhower, vốn chỉ còn 1 tháng tại nhiệm, đã phản ứng thận trọng với phát hiện này. Một cuộc đối đầu ngoại giao có lẽ là điều không thể. Lựa chọn cách tiếp cận thận trọng, Mỹ tìm cách tránh tranh cãi và giới hạn theo các bước - đầu tiên tìm câu trả lời về dự án Dimona và ý định của Israel; thứ hai, khuyến khích Israel chấp thuận các cuộc thanh sát của IAEA và chuyên gia Mỹ nhằm hạn chế sự tự do tiến hành của Israel.

Ngày 22/12/1960, Thủ tướng Israel Ben - Gurion đưa ra tuyên bố chỉ sử dụng lò phản ứng nước này đang xây dựng vì mục đích hòa bình. Theo ông, dự án này nhằm phục vụ phát triển kinh tế của Israel và đặc biệt là vùng sa mạc Negev, nơi nguồn điện đang vô cùng thiếu hụt. Tuy nhiên, chỉ 2 ngày sau, khi Đại sứ Mỹ hỏi liệu lò phản ứng này có đang sản xuất điện năng hay không, Thủ tướng Ben - Gurion trả lời không, nó được dùng cho mục đích nghiên cứu và đào tạo.

Trong khi đó, trao đổi với các nhân viên đại sứ quán và tổ chức trợ giúp nước ngoài, Addy Cohen, quan chức Bộ Tài chính Israel, gợi ý rằng lò phản ứng này “được sử dụng để sản xuất vũ khí” nhằm “răn đe” hành động thù địch của các nước Arab với Israel.

Để làm rõ thêm mục đích sử dụng lò phản ứng này, vào đầu tháng 1/1961, trong một cuộc gặp khác, phía Mỹ tiếp tục đặt câu hỏi với Israel. Theo bản tóm tắt nội dung trao đổi, Thủ tướng Ben - Gurion cho biết: (1) Israel “không có kế hoạch sản xuất vũ khí hạt nhân”; (2) Israel không sở hữu plutonium, theo ông này được biết trao trả plutonium sản xuất được là một điều kiện mà Pháp yêu cầu khi bán uranium; (3) nước này không chấp nhận các cuộc thanh sát của IAEA, đặc biệt nếu có sự tham gia của các thanh sát viên Nga. Tuy vậy, Israel có thể cho phép sự viếng thăm của đại diện các cường quốc bè bạn, một đề xuất mà chính quyền Tổng thống mới đắc cử Kennedy tìm cách theo đuổi.

Vào cuối tháng 1/1961, chỉ vài ngày sau khi John F. Kennedy tuyên thệ nhậm chức tổng thống, Ủy ban Tình báo Năng lượng Nguyên tử hỗn hợp của Mỹ đã chuẩn bị một báo cáo giải trình về việc tại sao tình báo Mỹ không thể phát hiện kịp thời dự án hạt nhân của Israel. Theo đó, Washington có thể phát hiện bí mật này và hiểu rõ hơn về ý định của Israel sớm ít nhất 1 năm nếu “cộng đồng tình báo về năng lượng hạt nhân có thể giải thích chính xác” các thông tin thu thập được. Về bản chất, kết luận chung là nguyên nhân gây ra sự chậm trễ này không phải bắt nguồn từ việc thiếu thông tin mà do một số báo cáo và thông tin quan trọng đã không được lưu ý và thông tin không được kết nối chính xác.

Thách thức mà vấn đề này đặt ra quá lớn để chính quyền Eisenhower có thể giải quyết nên nó được chuyển sang những vị tổng thống tiếp theo. Tổng thống Ben - Gurion có lẽ đã nói với Tổng thống Kennedy cùng một câu chuyện ngụy trang và đảm bảo các vị khách Mỹ đến thăm Dimona biết về chương trình hạt nhân bí mật của nước này ít nhất có thể. Israel tiếp tục từ chối việc thanh sát của IAEA.

Tình trạng tiến thoái lưỡng nan mà chính quyền Eisenhower phải đối mặt sau khi phát hiện ra dự án Dimona vào tháng 12/1960 - 1/1961 tiếp tục kéo dài tới cả một thập kỷ. Kể từ thời điểm đó, ba chính quyền liên tiếp của Mỹ dưới thời các tổng thống Kennedy, Lyndon Johnson và Richard Nixon vẫn phải đối mặt với nó. Tổng thống Kennedy lựa chọn giải pháp khó khăn nhất khi tìm cách đối đầu với Israel nhằm thanh sát chương trình hạt nhân của Israel. Tổng thống Johnson thừa nhận rằng Mỹ có khả năng hạn chế trong vấn đề này và đặt nền móng cho sự thỏa hiệp đồng thời tìm cách tiếp cận khác. Trong khi đó, Tổng thống Nixon chấp nhận tình trạng hạt nhân hiện tại của Israel miễn là nó vẫn được giữ bí mật - một thỏa thuận gây tranh cãi và không được thừa nhận vẫn còn hiệu lực cho tới ngày nay.