A lo largo de la producción artística de Dalí encontramos estilos muy diferentes, fruto de su facilidad para experimentar ante nuevos estímulos, aunque siempre manteniendo su sello surrealista. Este cuadro se comenzó a pintar en 1945, cuando el artista se encontraba al final de su etapa en Nueva York, donde había encontrado una fuerte inspiración en el clasicismo del Renacimiento, a lo que se sumaban sus fuertes inquietudes científicas, especialmente sobre la teoría atómica y el equilibrio energético entre las fuerzas de repulsión-atracción del interior del átomo. La combinación de ambos elementos le llevó a pintar esta Leda atómica. En ella representa con rigor un tema cásico, el mito griego de Leda, pero dándole un tratamiento singular al pintar los diferentes elementos flotando, sin estar en contacto entre ellos, arrojados al espacio y sostenidos en equilibrio por extrañas fuerzas, imitando los elementos que constituyen el átomo. Es lo que él mismo denominó como "espacio suspendido".
Leda era la esposa de Tíndaro, rey de Esparta, su belleza hizo que el mujeriego Zeus se prendase de ella, así que convertido en cisne y aprovechando la noche de bodas de la pareja real, sedujo a la muchacha. El resultado de este triángulo amoroso fue el nacimiento de dos pares de mellizos, Cástor y Helena -la famosa Helena de Troya-, y Pólux y Clitemnestra, los dos primeros son hijos de Zeus y supuestamente inmortales. Este mito ha sido siempre una fuente de inspiración para muchos artistas: Leonardo da Vinci, Miguel Ángel, Corregio, Poussin, Matisse, Cézanne... y por supuesto Dalí, que ha optado por pintar a Leda con los rasgos de Gala, flotando graciosamente sobre un pedestal de corte clásico, junto con el cisne que vuela hacia ella y que encarna al propio pintor.
Para Dalí la elección del tema no es nada casual, el cuadro simboliza la exaltación de su amor por su musa, Gala, pero tratado no de un modo carnal como era común en el tema de Leda, sino de una forma espiritual. Ambos se atraen como lo hacen los elementos del átomo, de una forma irremediable pero sin llegar a tocarse. Un amor puro no necesita del contacto físico. Pero además el artista vio en este mito una vinculación con su propia familia. Él mismo se identificaba con Cástor, el inmortal, mientras que Pólux sería su propio hermano, al que no llegó a conocer pues murió en la niñez antes de que él naciese, y que también se llamaba Salvador. De la misma forma veía a Gala como la inmortal Helena, mientras que su hermana Ana María sería Clitemnestra.
Al pintar esta obra, Dalí mostró una vez más sus grandes dotes técnicas, logrando un gran colorido y un acabado hiperrealista, casi fotográfico. Pero además realizó un profundo trabajo de composición, sometiendo el lienzo a un gran rigor matemático. Influido por la lectura de De divina proportione de fray Luca Paccioli, libro que profundiza en los principios numéricos de los pitagóricos y en la proporción áurea presente en toda la naturaleza, el pintor decidió aplicar esas ideas a su cuadro como demuestra uno de los bocetos conservados. Aunque a simple vista no es perceptible, el ombligo de Gala es el centro de una circunferencia en la que se inscribe el pentagrama místico pitagórico, que sirve para estructurar los diferentes elementos de la pintura. Igualmente aplicó la proporción áurea a la hora de dibujar el cuerpo de Leda, el cisne, el pedestal y el paisaje.
Como suele ser frecuente en sus obras, aparecen diversos objetos aislados y repartidos por el lienzo. En este caso vemos una escuadra, quizás una referencia a los pitagóricos y al complejo estudio matemático realizado para diseñar el cuadro; un pequeño libro, probablemente una Biblia ya que el pintor estaba entrando en una fase de fervor católico; varias gotas de agua con sus correspondientes sombras, un ejemplo más del "espacio suspendido"; y una cáscara de huevo rota, un motivo típico de Dalí que simbolizaba al amor puro y la esperanza, aquí hace también referencia a los hijos de Zeus y Leda.
Otra constante en su obra es la utilización del paisaje mediterráneo de las costas de Cadaqués, Gerona, donde su familia tenía su residencia veraniega. Las grandes masas del agua y del cielo ocupan casi todo el fondo, salpicado por las características formaciones rocosas de la zona. En este caso aparecen representados los acantilados del Cabo Norfeu, situado entre Roses y Cadaqués. La línea del horizonte sirve además para señalar una de las líneas del pentagrama en el que está inscrita la composición.
Las sombras tienen un papel muy importante en esta pintura. Permiten a Dalí jugar con la perspectiva y la ubicación de los objetos en el espacio, además de enfatizar la sensación de ingravidez. El ejemplo más claro lo tenemos en el mar, que al estar suspendido por encima de la playa, genera su propia sombra, mucho más tenue que la de los objetos macizos. Igualmente el pedestal tiene su propia sombra donde se aprecia perfectamente la separación e ingravidez de sus partes. Sin embargo el artista se ha permitido un pequeño truco, Leda no genera ninguna sombra sobre la arena, aunque sí lo hace sobre las diferentes partes del pedestal, así crea ambigüedad y juega con la idea de irrealidad.
