Sus primeras investigaciones involucrado el área de detección de radiación, y construyó Geiger contadores para este propósito. En la Universidad de Varsovia, estudió colisiones inelásticas y descubrió la presencia de cobalto 60 (un isótopo radiactivo) en experimentos en los que bombardeaba el oro con neutrones.
Neils Bohr, un físico nuclear líder y pionera en la área de investigación nuclear, sugirió que el uranio 235 es el elemento responsable de la fisión atómica, y en 1939 se concibió la idea de una bomba de fisión. Rotblat unió Chadwick en Liverpool, y se hizo reconocido por sus habilidades, junto con sus colegas notables.
El 1 de septiembre de 1939, Alemania invadió Polonia y se declaró la guerra. Por desgracia, la esposa de Rotblat, Tola, estaba atrapado en Polonia a pesar de sus intentos por rescatar a ella.
Tola murió inevitablemente en el campo de concentración de Majdanek en Polonia. Rotblat no fue informada de su muerte hasta 1945; que fue devastado por esta noticia. A causa de su proximidad y la experiencia personal con el desastroso impacto y destructiva de "régimen de Hitler, Rotbalt sentía que Hitler necesitaba ser disuadido. De hecho, él presentó la viabilidad de una bomba de uranio como combustible para Chadwick.
Él luchó con su conciencia porque aunque sentía que era imperativo para disuadir el ataque de Hitler, él estaba convencido de que no era su trabajo para trabajar en pro de un arma de destrucción masiva tales.
En última instancia, Rotblat fue invitado a unirse al Proyecto Manhattan en los EE.UU. y él aceptó. Se trasladó a los laboratorios de Los Alamos en Nuevo México en 1943. Trabajó en el Laboratorio de Oak Ridge, que se especializa en la separación de isótopos de uranio - un paso crítico en la toma de la bomba.
El Proyecto Manhattan estaba bajo la dirección de Robert Oppenheimer y tenía esos científicos notables a bordo como Edward Teller, Richard Feynman y Enrico Fermi. Desde el principio, Rotblat tenía sentimientos ambivalentes acerca de su participación en el proyecto.
Una vez asistió a una reunión en la que el general Groves, jefe militar del Proyecto Manhattan, declaró que la razón principal para el desarrollo de la bomba era para derrotar a Stalin y someter a los soviéticos. Esta explicación preocupado