Rotblat ga viktige bidrag til kjernefysikk blant annet ved utførte eksperimenter. Han medvirket i 1944 på Manhattanprosjektet og sluttet fordi Tyskland ikke lenger var en trussel, før atombomben var ferdig. Rotblat gikk over til medisinsk fysikk og ga viktige bidrag til kunnskap om faren ved stråling og kunnskap om medisinsk bruk av radioaktivitet blant annet til behandling av kreft. Rotblat advarte i 1950-årene om faren ved radioaktivt nedfall. Fra etterkrigstiden og resten av livet arbeidet han særlig for nedrustning og kontroll med atomvåpen, for fredelig sameksistens og for alternativer til krig som konfliktløsning mellom stater. Rotblats kone og svigermor ble drept i holocaust.