Pilsētas attīstību veicināja 1915. gadā atklātais Altaja dzelzceļš, kas 1930. gadā tika pagarināts līdz Almati kā Turkestānas - Sibīrijas dzelzceļš.
1949. gadā 150 kilometru attālumā uz rietumiem tika izvēlēta vieta stepē, kurā tika veikti izmēģinājumi PSRS atombumbas projektam. Vairāku gadu desmitu garumā Kurčatovas pilsētā (slepena pilsēta izmēģinājumu poliogonā, nosaukta par godu Igoram Kurčatovam, PSRS atombumbas autoram) uzturējās spējīgākie PSRS atomieroču zinātnieki. PSRSSemipalatinskas kodolizmēģinājumu poligons darbojās no pirmās eksplozijas 1949. gadā līdz 1989. gadam. Tajā tika veiktas 456 izmēģinājumi (340 pazemes un 116 izmēģinājumi atmosfērā).