I begynnelsen av 1944 begynte han å arbeide med atombombeutvikling i Manhattanprosjektet. Rotblat var polsk statsborger og i utgangspunktet kunne bare britiske og amerikanske borgere medvirke i Manahattanprosjektet. Rotblat ville ikke gi avkall på sitt polske statsborgerskap fordi han håpet å returnere til Polen for å gjenreise fysikkfaget der. Resten av den britiske gruppen reiste til USA i desember 1943. Chadwick overbeviste general Leslie R. Groves om at Rotblat var verdifull for prosjektet og Groves gjorde et unntak. Rotblat reiste til Los Alamos der det fra før var 18 britiske fysikere.