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, Россия 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 — Совместного всеобъемлющего плана действий (СВПД). В обмен на отмену санкций Иран, в частности, согласился сократить количество центрифуг с 19 тыс. до 6104. В целом Тегеран согласился не обогащать уран свыше уровня 3,67% в течение не менее 15 лет. 18 октября 2015 года СВПД вступил в силу, 16 января 2016 года началась его практическая реализация.
8 мая 2018 года США объявили об одностороннем выходе из ядерной сделки и восстановлении санкций. Дональд Трамп заявил, что Иран продолжает обогащать уран и разрабатывать ядерное оружие, несмотря на соглашение. На следующий день МАГАТЭ подтвердило выполнение Ираном обязательств по сделке, остальные участники заявляли о необходимости ее сохранения.