Après son retour en Grande-Bretagne, Playfair devient directeur d'une usine de calicot à Primrose, près de Clitheroe, et en 1843 est nommé professeur de chimie à la Royal Manchester Institution, où il est assisté de Robert Angus Smith. Deux ans plus tard, il est nommé chimiste à la British Geological Survey, puis devient professeur à la nouvelle Royal School of Mines. En 1848, il est élu à la Royal Society et, trois ans plus tard, il est nommé commissaire spécial et membre du comité exécutif de l'Exposition universelle de 1851.