Todo empezó con la composición del tema titular. Tras algunas sesiones a principios de 1970 la banda terminó creando – a partir de una idea de David Gilmour – una pieza muy larga, compleja y majestuosa, que se mantuvo inacabada durante un tiempo. Originalmente no iba a ser un corte orquestado y no fue hasta que la banda reunió todo el trabajo realizado que decidieron encargarle la parte orquestal a Ron Geesin. Ron trabajó con celeridad en los arreglos de las diversas partes de la pieza. Finalmente éste se dirigió a los estudios Abbey Road armado de un buen fajo de partituras, listo para grabar. El trabajo de estudio de The Amazing Pudding (nombre provisional del álbum) se inició en marzo de 1970. A sugerencia de Geesin, la banda buscó otro nombre para el disco. Fue Roger Waters el que dio con el título ideal, cuando vio en el periódico Evening Standard una noticia acerca de una mujer embarazada que había sido sometida a una operación de corazón y tenía un marcapasos atómico. El encabezado del reportaje era Atom Heart Mother. Volviendo a la grabación de la larga suite, los contratiempos eran cosa diaria. Geesin tuvo muchos problemas para dirigir la orquesta. Los músicos de sesión se dedicaron a sabotear en mayor o menor medida el trabajo de Ron, riendo o hablando en plena grabación, con los micrófonos abiertos. Cada interrupción, siendo una compleja pieza de casi 25 minutos, se convertía en todo un problema.
La grabación de la base rítmica por parte de Roger Waters y Nick Mason fue toda una odisea. Al dejar el bajo y la batería en sólo dos pistas debían grabarse en una sola toma, de principio a fin. Al tocar toda la pieza, sin escuchar ningún otro instrumento, Waters y Mason tuvieron que hacer acopio de toda su intuición y oído musical. Al momento de agregarse los demás instrumentos debía reproducirse lo grabado, a todo volumen, por los altavoces como guía para los ejecutantes y ese eco terminó colándose en la mezcla final. La suite Atom Heart Mother finalmente ocuparía toda la cara A y fue dividida en partes, debido a que en el momento en que fue editada se cobraban derechos de autor dependiendo de la cantidad de temas del disco.
Para la cara B se incluyeron temas de una duración más convencional. If fue compuesta por Roger Waters, Summer ’68 por Rick Wright y Fat Old Sun por Gilmour. Es precisamente en el tema de Gilmour que éste se encargó, curiosamente, de todos los instrumentos en su grabación. El tema de cierre es el canto de cisne de la psicodelia en el seno de la banda. Alan’s Psychedelic Breakfast combinaba pasajes instrumentales con sonidos caseros -de desayuno- grabados en la cocina de Nick Mason. En las ediciones de vinilo, el sonido de una gota de agua se grabó de forma tal que se siguiera escuchando sin parar en los reproductores de discos que carecieran reposición automática de brazo fonocaptor. La grabación del álbum terminó en el mes de agosto. Lo siguiente fue dar con el diseño de portada. El grupo quería que la tapa del disco fuera lo menos ‘Pink Floyd’ posible. Por ello no se incluyó ningún texto y se utilizó la imagen de una vaca en un campo. Storm Thorgerson se dirigió a un área rural y fotografió lo primero que vio: Lulubelle III (es el nombre de la vaca).